DE112016003290T5 - POWER CONVERTER - Google Patents

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Yasushi Nakayama
Hiroyasu Iwabuki
Yuki Ishii
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Abstract

Ein Diodengleichrichter (110) richtet eine Wechselspannung gleich, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung (100) mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung. Ein Glättungskondensator (120) glättet die Gleichspannung, die von dem Diodengleichrichter (110) gleichgerichtet worden ist. Ein Wechselrichter (130) wandelt die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator (120) geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung. Ein bidirektionaler Schalter (160) und ein Y-Kondensator (170) sind zwischen dem Ende des Glättungskondensators (120) und der Erde in Reihe geschaltet. Ein Detektor (180) detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators (120). Eine Steuerung (190) steuert den bidirektionalen Schalter (160) als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors (180) an.A diode rectifier (110) rectifies an AC voltage output from a three-phase AC power supply (100) with a neutral ground to a DC voltage. A smoothing capacitor (120) smoothes the DC voltage rectified by the diode rectifier (110). An inverter (130) converts the DC voltage that has been smoothed by the smoothing capacitor (120) into a desired AC voltage. A bidirectional switch (160) and a Y capacitor (170) are connected in series between the end of the smoothing capacitor (120) and ground. A detector (180) detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor (120). A controller (190) drives the bidirectional switch (160) in response to an output of the detector (180).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungswandler und insbesondere einen Leistungswandler, der eine Dreiphasen-AC(Wechselspannung) mit geerdetem Sternpunkt mittels einer Diodengleichrichter-Schaltung und eines Glättungskondensators in eine Gleichspannung umwandelt, Gleichspannung mittels eines Wechselrichters in eine gewünschte Wechselspannung umwandelt und die Wechselspannung ausgibt.The present invention relates to power converters, and more particularly, to a power converter that converts a three-phase AC (grounded) AC into a DC voltage by means of a diode rectifier circuit and a smoothing capacitor, converts DC voltage to a desired AC voltage by an inverter, and outputs the AC voltage.

Stand der TechnikState of the art

Leistungswandler erreichen durch Hochgeschwindigkeitsschaltungsvorgänge von Leistungswandlungs-Halbleiterelementen eine hocheffiziente Energieumwandlung. Der Hochgeschwindigkeitsschaltvorgang ist allerdings auch eine Quelle für elektromagnetisches Rauschen. Elektromagnetisches Rauschen kann ferner Fehlfunktionen bei dem Leistungswandler selbst oder bei umliegenden elektronischen Anlagen verursachen. Daher ist eine Reduktion des elektromagnetischen Rauschens eine wichtige technische Aufgabe, die beim Entwickeln von Leistungswandlern beachtet werden muss. Power converters achieve high efficiency power conversion through high speed switching operations of power conversion semiconductor devices. However, high-speed switching is also a source of electromagnetic noise. Electromagnetic noise may also cause malfunctions in the power converter itself or in surrounding electronic equipment. Therefore, reduction of the electromagnetic noise is an important technical task that must be considered when developing power converters.

Um dieses Problem anzugehen, beschreibt das Patentdokument 1 ( Japanisches Patent Nr. 4548004 ) einen PWM(Pulsweitenmodulations)-Wechselrichter, der Folgendes aufweist: Eine Einzel-Phasen-Wechselspannungsversorgung, einen Diodengleichrichter, einen Glättungskondensator und einen Wechselrichter, wobei ein Kondensator zwischen einem Ende eines Gleichspannungs-Busbereichs und der Erde geschaltet ist, der höher ist als eine ausgangsseitige Kapazität eines Wechselrichters, so dass Rauschen reduziert wird. To address this problem, Patent Document 1 ( Japanese Patent No. 4548004 A PWM (Pulse Width Modulation) inverter comprising: a single-phase AC power supply, a diode rectifier, a smoothing capacitor and an inverter, wherein a capacitor is connected between one end of a DC bus region and the ground higher than one Output side capacity of an inverter, so that noise is reduced.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen PWM-Wechselrichter werden Spannungsschwankungen einer Wechselspannungsfrequenz, die sich auf dem Gleichspannungs-Busbereich überlagern, direkt an einen rauschreduzierenden Kondensator angelegt, der zwischen einem Ende des Gleichspannungs-Busbereichs und der Erde angeordnet ist, und ein Leckstrom erzeugt. Insbesondere beim Arbeitsbeginn des Leistungswandlers, wenn der Glättungskondensator nicht ausreichend geladen ist, werden die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz größer und ein Leckstromwert erhöht sich proportional. Der Leckstrom kann verursachen, dass ein Fehlerstromschutzschalter (leakage breaker) den Betrieb aufnimmt, was zu einer Beeinträchtigung der Betriebszuverlässigkeit des Leistungswandlers führt.In the PWM inverter described in Patent Document 1, voltage fluctuations of an AC frequency superimposed on the DC bus portion are directly applied to a noise reducing capacitor disposed between an end of the DC bus portion and the ground, and generates a leakage current. In particular, at the start of operation of the power converter, when the smoothing capacitor is not sufficiently charged, the voltage fluctuations of the AC frequency become larger and a leakage current value increases proportionally. The leakage current may cause a leakage breaker to begin operating, resulting in a degradation in the operational reliability of the power converter.

Die vorliegende Erfindung hat es daher zur Aufgabe, einen Leistungswandler zu schaffen, der Rauschen reduzieren kann, während ein Leckstrom behoben oder reduziert wird.The present invention therefore has for its object to provide a power converter that can reduce noise while correcting or reducing a leakage current.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Ein Leistungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: Eine Gleichrichterschaltung, die dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung gleichzurichten, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung, einen Glättungskondensator, der dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung zu glätten, die von der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet worden ist, eine Umsetzungsschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung umzuwandeln, einen bidirektionalen Schalter und mindestens einen Y-Kondensator, die zwischen einem Ende des Glättungskondensators und der Erde in Reihe geschaltet sind, einen Detektor, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators zu detektieren, und eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, den bidirektionalen Schalter als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors anzusteuern. A power converter according to the present invention includes: a rectifier circuit configured to rectify an AC voltage output from a three-phase AC power supply to a DC voltage, a smoothing capacitor configured to supply the DC voltage rectified by the rectifier circuit, a conversion circuit configured to convert the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor into a desired AC voltage, a bidirectional switch, and at least one Y capacitor connected between one end of the Smoothing capacitor and the earth are connected in series, a detector which is adapted to detect a voltage across both ends of the smoothing capacitor, and a controller, which is adapted to the bidirectional switch in response to an output signal to the detector.

Vorteilhafte Wirkung der ErfindungAdvantageous effect of the invention

Der Leistungswandler der vorliegenden Erfindung kann Rauschen reduzieren, während er einen Leckstrom behebt oder reduziert.The power converter of the present invention can reduce noise while eliminating or reducing leakage current.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 1; 1 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 1;

2 einen Fluss eines Gleichtakt-Stroms; 2 a flow of common mode current;

3 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 2; 3 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 2;

4 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 3; 4 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 3;

5 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 4; 5 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 4;

6 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 5; 6 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 5;

7 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 6; 7 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 6;

8 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 7; 8th a circuit diagram of a power converter according to embodiment 7;

9 eine schematische Darstellung einer Gleichtakt-Drosselspule gemäß Ausführungsform 7; 9 a schematic representation of a common mode choke coil according to embodiment 7;

10 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 8; 10 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 8;

11 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 9; 11 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 9;

12 eine schematische Schnittansicht eines bidirektionalen Einzel-Elements gemäß Ausführungsform 10; 12 a schematic sectional view of a bidirectional single element according to embodiment 10;

13 ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 11. 13 a circuit diagram of a power converter according to embodiment 11th

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Im Folgenden werden die Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Hereinafter, the embodiments will be described with reference to the drawings.

Ausführungsform 1Embodiment 1

1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 1. Wie in 1 dargestellt, weist der Leistungswandler 1 einen Diodengleichrichter 110, einen Glättungskondensator 120, einen Wechselrichter 130, eine Umgehungsschaltung 175, einen Detektor 180 und eine Steuerung 190 auf. Die Umgehungsschaltung 150 weist eine bidirektionalen Schalter 160 und einen Y-Kondensator 170 auf. Die Steuerung 190 weist einen Komparator 192 und eine Steuereinrichtung 193 auf. 1 FIG. 12 is a circuit diagram of a power converter according to Embodiment 1. As in FIG 1 shown, the power converter points 1 a diode rectifier 110 , a smoothing capacitor 120 , an inverter 130 , a bypass circuit 175 , a detector 180 and a controller 190 on. The bypass circuit 150 has a bidirectional switch 160 and a Y-capacitor 170 on. The control 190 has a comparator 192 and a controller 193 on.

Der Diodengleichrichter 110 richtet eine Wechselspannung, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 100 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, zu einer Gleichspannung gleich und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus. The diode rectifier 110 sets up an AC voltage coming from a three-phase AC supply 100 is output with a neutral point, equal to a DC voltage and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 120 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 110 gleichgerichtet worden ist.The smoothing capacitor 120 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 110 has been rectified.

Der Wechselrichter 130 wandelt die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator 120 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt einen Elektromotor 140 an. The inverter 130 converts the DC voltage through the smoothing capacitor 120 has been smoothed, in a desired AC voltage and drives an electric motor 140 at.

Der bidirektionale Schalter 160 und der Y-Kondensator 170 sind in Reihe geschaltet, und zwar zwischen einem Ende des Glättungskondensators 120 und der Erde. Der Y-Kondensator 170 reduziert ein Hochfrequenz-Gleichtakt-Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 130 verursacht wird. Der Y-Kondensator 170 ist beispielsweise aus einem Keramikkondensator oder einem Folienkondensator zusammengesetzt. The bidirectional switch 160 and the Y capacitor 170 are connected in series, between one end of the smoothing capacitor 120 and the earth. The Y-capacitor 170 reduces high frequency common mode noise by switching a switching element of the inverter 130 is caused. The Y-capacitor 170 For example, it is composed of a ceramic capacitor or a film capacitor.

Der Detektor 180 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 120.The detector 180 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 120 ,

Die Steuerung 190 steuert einen bidirektionalen Schalter 160 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 180 an. Wenn ein Ausgangswert des Detektors 180 höher ist als ein erster Grenzwert, bringt die Steuerung 190 den bidirektionalen Schalter 160 in einen leitfähigen Zustand.The control 190 controls a bidirectional switch 160 in response to an output of the detector 180 at. If an output value of the detector 180 is higher than a first limit, brings the control 190 the bidirectional switch 160 in a conductive state.

Der Komparator 192 vergleicht die Spannung, die von dem Detektor 180 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert. Die Steuereinrichtung 130 steuert einen Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 160 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 192.The comparator 192 compares the voltage coming from the detector 180 is detected, with the first limit. The control device 130 controls an on / off state of the bidirectional switch 160 based on the comparison result of the comparator 192 ,

Im Folgenden wird der erste Grenzwert der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Falls ein Spannungswert des Glättungskondensators 120 auf diesen ersten Grenzwert oder höher steigt, wird ein Leckstrom einer Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die in der Spannung des Glättungskondensators 120 enthalten ist, auf den Betriebsstrom-Wert eines Fehlerstromschutzschalters oder weniger reduziert, und zwar, wenn Spannungsschwankungen zur Masse (Erde) der Wechselspannungs-Frequenzkomponente an dem Y-Kondensator 170 angelegt werden, die durch Spannungsschwankungen der Wechselspannungs-Frequenzkomponente verursacht werden.Hereinafter, the first limit value of the present embodiment will be described. If a voltage value of the smoothing capacitor 120 rises to this first limit or higher, a leakage current of an AC frequency component, which is in the voltage of the smoothing capacitor 120 is reduced to the operating current value of a residual current circuit breaker or less, when voltage fluctuations to ground (earth) of the AC frequency component at the Y capacitor 170 be created, which are caused by voltage fluctuations of the AC frequency component.

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 1 aus 1 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 100 mit Sternpunkterdung wird mittels des Diodengleichrichters 110 gleichgerichtet und dann mittels des Glättungskondensators 120 in eine Gleichspannung gewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 130 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 140 durch Wechselspannung angetrieben wird. The following is the operation of the power converter 1 out 1 described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 100 with star point grounding is by means of the diode rectifier 110 rectified and then by means of the smoothing capacitor 120 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 130 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 140 is driven by AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 140 und der Erde existiert eine Streukapazität 150. Wenn der Wechselrichter 130 durch PWM-Steuerung angetrieben wird, werden durch den Schaltvorgang des Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 130 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 150 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 100 durch einen Pfad über Masse aus. Between the electric motor 140 and the earth has a stray capacity 150 , If the inverter 130 is driven by PWM control, by the switching operation of the power conversion semiconductor element of the inverter 130 Voltage fluctuations at the stray capacitance 150 created and generates a common mode current. This common mode current is spreading in Direction of the three-phase AC supply 100 through a path over mass.

Der Detektor 180 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 120 und gibt einen Spannungswert 191 an die Steuerung 190 aus. Der Komparator 192 der Steuerung 190 vergleicht den Spannungswert 191 mit dem ersten Grenzwert. Wenn gilt, dass der Spannungswert 191 > erster Grenzwert, wird der bidirektionale Schalter 160 in den leitfähigen Zustand gebracht. Wenn der bidirektionale Schalter 160 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom CI über den Y-Kondensator 170, wie in 2 dargestellt, zirkuliert, so dass ein geringeres Rauschen erreicht wird.The detector 180 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 120 and gives a voltage value 191 to the controller 190 out. The comparator 192 the controller 190 compares the voltage value 191 with the first limit. If that is the voltage value 191 > first limit, becomes the bidirectional switch 160 brought into the conductive state. If the bidirectional switch 160 is brought into the conductive state, causes a common mode current CI across the Y capacitor 170 , as in 2 shown, circulated, so that a lower noise is achieved.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 160 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spannungswert höher ist als der erste Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 120 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Dies behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 170 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird. In the present embodiment, the bidirectional switch turns 160 under the condition in the on state that the voltage value is higher than the first limit, which is the case when the smoothing capacitor 120 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, are also reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 170 is generated, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Wie oben beschrieben, kann mit der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden, dass ein Leistungswandler ein geringes Rauschen aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert werden.As described above, with the present embodiment, it can be achieved that a power converter has a low noise and a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugung eines Gleichtakt-Stroms unter Verwendung der Streukapazität 150 zwischen dem Elektromotor 140 und der Erde beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Streukapazität zwischen dem Wechselrichter 130 und der Erde oder eine Streukapazität zwischen einem Kabel des Elektromotors 140 und der Erde verwendet werden.Although in the present embodiment, the generation of a common mode current using the stray capacitance 150 between the electric motor 140 and the earth has been described, the present invention is not limited thereto. For example, a stray capacitance between the inverter 130 and earth or stray capacitance between a cable of the electric motor 140 and the earth can be used.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der bidirektionale Schalter 160 und der Y-Kondensator 170 mit der negativen Seite des Gleichspannungs-Bus verbunden sind, können ähnliche Wirkungen auch erreicht werden, wenn diese bei der positiven Seite des Gleichspannungs-Bus zugefügt sind. Ferner können ähnliche Wirkungen auch durch Hinzufügen des bidirektionalen Schalters 160 und des Y-Kondensators 170 an beiden Seiten, der negativen Seite und der positiven Seite erreicht werden.Although in the present embodiment, the bidirectional switch 160 and the Y capacitor 170 are connected to the negative side of the DC bus, similar effects can be achieved even if they are added to the positive side of the DC bus. Further, similar effects can also be achieved by adding the bidirectional switch 160 and the Y-capacitor 170 be reached on both sides, the negative side and the positive side.

Ausführungsform 2Embodiment 2

3 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 2 gemäß Ausführungsform 2. 3 is a circuit diagram of a power converter 2 according to embodiment 2.

Wie in 3 dargestellt, weist der Leistungswandler 2 einen Diodengleichrichter 210, einen Glättungskondensator 220, einen Wechselrichter 230, einen Elektromotor 240, eine Umgehungsschaltung 275, einen Detektor 280 und eine Steuerung 290 auf. As in 3 shown, the power converter points 2 a diode rectifier 210 , a smoothing capacitor 220 , an inverter 230 , an electric motor 240 , a bypass circuit 275 , a detector 280 and a controller 290 on.

Der Umgehungsschalter 275 weist einen bidirektionalen Schalter 260 und einen Y-Kondensator 270 auf. Die Steuerung 290 weist eine Recheneinrichtung (Filter) 292, eine Recheneinrichtung (Absolutwert) 293, eine Recheneinrichtung (Spitzenwert) 294, einen Komparator 295 und eine Steuereinrichtung 296 auf. The bypass switch 275 has a bidirectional switch 260 and a Y-capacitor 270 on. The control 290 has a computing device (filter) 292 , a computing device (absolute value) 293 , a computing device (peak value) 294 , a comparator 295 and a controller 296 on.

Der Diodengleichrichter 210 richtet eine Wechselspannung, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 200 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, zu einer Gleichspannung gleich und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus.The diode rectifier 210 sets up an AC voltage coming from a three-phase AC supply 200 is output with a neutral point, equal to a DC voltage and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 220 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 210 gleichgerichtet worden ist.The smoothing capacitor 220 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 210 has been rectified.

Der Wechselrichter 230 wandelt die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator 220 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt den Elektromotor 240 an. The inverter 230 converts the DC voltage from the smoothing capacitor 220 has been smoothed, in a desired AC voltage and drives the electric motor 240 at.

Der bidirektionale Schalter 260 und der Y-Kondensator 270 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 220 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 270 reduziert das Rauschen, das durch Schalten der Schaltelemente des Wechselrichters 230 verursacht wird.The bidirectional switch 260 and the Y capacitor 270 are between one end of the smoothing capacitor 220 and the earth connected in series. The Y-capacitor 270 reduces the noise caused by switching the switching elements of the inverter 230 is caused.

Der Detektor 280 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 220.The detector 280 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 220 ,

Die Steuerung 290 steuert einen bidirektionalen Schalter 260 als Reaktion auf eine Ausgabe des Detektors 280 an. The control 290 controls a bidirectional switch 260 in response to an output of the detector 280 at.

Die Recheneinrichtung (Filter) 292 extrahiert eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente der Spannung, die durch den Detektor 280 detektiert wird. The computing device (filter) 292 extracts an AC frequency component of the voltage passing through the detector 280 is detected.

Die Recheneinrichtung (Absolutwert) 293 gibt einen Absolutwert der Spannung aus, die die Wechselspannungs-Frequenzkomponente aufweist, die von der Recheneinrichtung (Filter) 292 ausgegeben wird. The computing device (absolute value) 293 outputs an absolute value of the voltage having the AC frequency component supplied by the calculator (filter) 292 is issued.

Die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 294 gibt einen Spitzenwert des Absolutwerts aus, der von der Recheneinrichtung (Absolutwert) 293 ausgegeben wird. The computing device (peak value) 294 outputs a peak value of the absolute value calculated by the calculator (absolute value) 293 is issued.

Der Komparator 295 vergleicht die Ausgabe bzw. das Ausgangssignal der Recheneinrichtung (Spitzenwert) 294 mit einem zweiten Grenzwert.The comparator 295 compares the output or the output signal of the computing device (peak value) 294 with a second limit.

Die Steuereinrichtung 296 bringt den bidirektionalen Schalter 260 in einen leitfähigen Zustand, wenn das Vergleichsresultat des Komparators 295 anzeigt, dass der Spitzenwert kleiner ist als der zweite Grenzwert.The control device 296 brings the bidirectional switch 260 in a conductive state when the comparison result of the comparator 295 indicates that the peak is less than the second limit.

Im Folgenden wird der zweite Grenzwert der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der zweite Grenzwert ist ein Spannungswert einer Wechselspannungsversorgungs-Frequenzkomponente. Falls der detektierte Wert auf diesen zweiten Grenzwert oder niedriger sinkt, wird ein Leckstrom einer Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die in der Spannung des Glättungskondensators 220 enthalten ist, auf den Betriebsstrom-Wert eines Fehlerstromschutzschalters oder weniger reduziert, und zwar, wenn Spannungsschwankungen zur Masse (Erde) der Wechselspannungs-Frequenzkomponente an dem Y-Kondensator 170 angelegt werden, die durch Spannungsschwankungen der Wechselspannungs-Frequenzkomponente verursacht werdenHereinafter, the second limit of the present embodiment will be described. The second threshold is a voltage value of an AC power supply frequency component. If the detected value decreases to this second threshold or lower, a leakage current of an AC frequency component that is in the voltage of the smoothing capacitor becomes 220 is reduced to the operating current value of a residual current circuit breaker or less, when voltage fluctuations to ground (earth) of the AC frequency component at the Y capacitor 170 be created, which are caused by voltage fluctuations of the AC frequency component

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 2 aus 3 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 200 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 210 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 220 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 230 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 240 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 2 out 3 described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 200 with star point grounding is through the diode rectifier 210 rectified and then through the smoothing capacitor 220 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 230 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 240 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 240 und der Erde existiert eine Streukapazität 250. Wenn der Wechselrichter 230 durch PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch einen Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 230 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 250 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 200 durch einen Pfad über Masse aus. Between the electric motor 240 and the earth has a stray capacity 250 , If the inverter 230 is controlled by PWM control, by a switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 230 Voltage fluctuations at the stray capacitance 250 created and generates a common mode current. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 200 through a path over mass.

Der Detektor 280 detektiert eine Spannung über dem Glättungskondensator 220 und gibt einen detektierten Spannungswert an die Steuerung 290 aus. Der detektierte Spannungswert wird durch die Recheneinrichtung (Filter) 292 in eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente umgewandelt und die Wechselspannungs-Frequenzkomponente wird durch die Recheneinrichtung (Absolutwert) 293 in einen Absolutwert umgewandelt. Der Absolutwert wird dann durch die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 294 in einen Spitzenwert 291 umgewandelt und der Spitzenwert 291 wird dann durch den Komparator 295 mit dem zweiten Grenzwert verglichen. Wenn gilt, dass der Spitzenwert 291 kleiner ist als der zweite Grenzwert, wird der bidirektionale Schalter 260 in den leitfähigen Zustand gebracht.The detector 280 detects a voltage across the smoothing capacitor 220 and outputs a detected voltage value to the controller 290 out. The detected voltage value is determined by the computing device (filter) 292 converted into an AC frequency component and the AC frequency component is calculated by the calculator (absolute value) 293 converted into an absolute value. The absolute value is then calculated by the calculator (peak value) 294 in a peak 291 converted and the peak 291 is then through the comparator 295 compared with the second threshold. If that holds the peak 291 is less than the second limit, becomes the bidirectional switch 260 brought into the conductive state.

Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform der bidirektionalen Schalters 260 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom über den Y-Kondensator 270 zirkuliert, so dass geringeres Rauschen resultiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 260 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spitzenwert 291 kleiner ist als der zweite Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 220 ausreichend geladen ist und Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf bei den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Dies behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 270 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerschutzstromschalters verhindert wird.In the present embodiment, when the bidirectional switch 260 is brought into the conductive state, causing a common mode current across the Y capacitor 270 circulates so that less noise results. In the present embodiment, the bidirectional switch turns 260 under the condition in the on-state that the peak 291 is smaller than the second limit, which is the case when the smoothing capacitor 220 is sufficiently charged and voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, also reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 270 is generated, so that a malfunction of the fault protection circuit breaker is prevented.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente der Spannung extrahiert, die durch den Detektor 280 detektiert wird, und der Betrieb der Steuereinrichtung 296 bestimmt, so dass eine hochpräzise Steuerung ermöglicht wird. Das erhöht eine Kapazität des Y-Kondensators 270 auf eine Betriebsgrenze des Fehlerstromschutzschalters, so dass geringes Rauschen resultiert. In the present embodiment, an AC frequency component of the voltage extracted by the detector is extracted 280 is detected, and the operation of the control device 296 determined, so that a high-precision control is enabled. This increases a capacity of the Y-capacitor 270 to an operating limit of the residual current circuit breaker, so that low noise results.

Wie oben beschrieben, wird durch die vorliegende Ausführungsform ein Leistungswandler geschaffen, der niedrigere Rausch-Charakteristika aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerschutzstromschalters verhindert.As described above, the present embodiment provides a power converter which has lower noise characteristics and prevents malfunction of the fail-safe current switch.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform unter Verwendung der Recheneinrichtung (Spitzenwert) 294 beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Alternativ hierzu kann eine andere Recheneinrichtung verwendet werden, wie beispielsweise eine Recheneinrichtung (Durchschnittswert).Although the present embodiment using the calculator (peak) 294 has been described, the present invention is not limited thereto. Alternatively, another computing device may be used, such as a calculator (average value).

Ausführungsform 3Embodiment 3

4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 3 gemäß Ausführungsform 3. 4 is a circuit diagram of a power converter 3 according to embodiment 3.

Wie in 4 dargestellt, weist der Leistungswandler 3 einen Diodengleichrichter 310, einen Glättungskondensator 320, einen Wechselrichter 330, eine Umgehungsschaltung 375 und eine Steuerung 390 auf. Die Umgehungsschaltung 375 weist einen bidirektionalen Schalter 360 und einen Y-Kondensator 370 auf. Die Steuerung 390 weist einen Komparator 392 und eine Steuereinrichtung 393 auf. As in 4 shown, the power converter points 3 a diode rectifier 310 , a smoothing capacitor 320 , an inverter 330 , a bypass circuit 375 and a controller 390 on. The bypass circuit 375 has a bidirectional switch 360 and a Y-capacitor 370 on. The control 390 has a comparator 392 and a controller 393 on.

Der Diodengleichrichter 310 richtet eine Wechselspannung gleich, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 300 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar in eine Gleichspannung und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus.The diode rectifier 310 rectifies an AC voltage equal to that of a three-phase AC supply 300 is output with a neutral point, in a DC voltage and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 320 glättet die Gleichspannung, die durch die Diodengleichrichter 310 gleichgerichtet worden ist. The smoothing capacitor 320 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 310 has been rectified.

Der Wechselrichter 330 wandelt die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator 320 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt den Elektromotor 340 an. The inverter 330 converts the DC voltage from the smoothing capacitor 320 has been smoothed, in a desired AC voltage and drives the electric motor 340 at.

Der bidirektionale Schalter 360 und der Y-Kondensator 370 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 320 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 370 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 330 verursacht wird.The bidirectional switch 360 and the Y capacitor 370 are between one end of the smoothing capacitor 320 and the earth connected in series. The Y-capacitor 370 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 330 is caused.

Der Detektor 380 detektiert einen Strom, der durch den Glättungskondensator 320 fließt.The detector 380 detects a current flowing through the smoothing capacitor 320 flows.

Die Steuerung 390 steuert den bidirektionalen Schalter 360 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 380 an. The control 390 controls the bidirectional switch 360 in response to an output of the detector 380 at.

Die Steuerung 390 bringt den bidirektionalen Schalter 360 in einen leitfähigen Zustand, wenn ein Ausgangswert des Detektors 380 kleiner ist als ein dritter Grenzwert. The control 390 brings the bidirectional switch 360 in a conductive state when an output value of the detector 380 less than a third limit.

Der Komparator 392 vergleicht den Strom, der von dem Detektor 380 detektiert wird, mit dem dritten Grenzwert.The comparator 392 compares the current coming from the detector 380 is detected, with the third threshold.

Im Folgenden wird der dritte Grenzwert der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der dritte Grenzwert ist ein Stromwert. Falls der detektierte Wert auf diesen dritten Grenzwert oder niedriger sinkt, wird ein Leckstrom einer Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die in der Spannung des Glättungskondensators 320 enthalten ist, auf den Betriebsstrom-Wert eines Fehlerstromschutzschalters oder weniger reduziert, und zwar, wenn Spannungsschwankungen zur Masse (Erde) der Wechselspannungs-Frequenzkomponente an dem Y-Kondensator 170 angelegt werden, die durch Spannungsschwankungen der Wechselspannungs-Frequenzkomponente verursacht werden.Hereinafter, the third limit of the present embodiment will be described. The third limit is a current value. If the detected value decreases to this third threshold or lower, a leakage current of an AC frequency component that is in the voltage of the smoothing capacitor becomes 320 is reduced to the operating current value of a residual current circuit breaker or less, when voltage fluctuations to ground (earth) of the AC frequency component at the Y capacitor 170 be created, which are caused by voltage fluctuations of the AC frequency component.

Die Steuereinrichtung 393 steuert den Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 360 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 392.The control device 393 controls the on / off state of the bidirectional switch 360 based on the comparison result of the comparator 392 ,

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 3 der 4 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 300 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 310 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 320 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 330 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 340 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 3 of the 4 described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 300 with star point grounding is through the diode rectifier 310 rectified and then through the smoothing capacitor 320 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 330 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 340 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 340 und der Erde existiert eine Streukapazität 350. Wenn der Wechselrichter 330 durch PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch einen Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 330 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 350 angelegt, so dass ein Gleichtakt-Strom erzeugt wird. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 300 durch einen Pfad über Masse aus. Between the electric motor 340 and the earth has a stray capacity 350 , If the inverter 330 is controlled by PWM control, by a switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 330 Voltage fluctuations at the stray capacitance 350 applied, so that a common mode current is generated. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 300 through a path over mass.

Der Detektor 380 detektiert einen Strom durch den Glättungskondensator 320 und gibt einen Stromwert 391 des detektierten Stroms an die Steuerung 390 aus. Der Stromwert 391 wird durch den Komparator 392 mit dem dritten Grenzwert verglichen und, wenn der Stromwert 391 kleiner ist als der dritte Grenzwert, wird der bidirektionale Schalter 360 in einen leitfähigen Zustand gebracht. The detector 380 detects a current through the smoothing capacitor 320 and gives a current value 391 of the detected current to the controller 390 out. The current value 391 is through the comparator 392 compared with the third threshold and, if the current value 391 is less than the third limit, becomes the bidirectional switch 360 brought into a conductive state.

Wenn der bidirektionale Schalter 360 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom über den Y-Kondensator 370 zirkuliert, so dass geringere Rausch-Charakteristika entstehen. If the bidirectional switch 360 is brought into the conductive state, causing a common mode current across the Y capacitor 370 circulates, resulting in lower noise characteristics.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 360 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spannungswert 391 kleiner ist als der dritte Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 320 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Das behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 370 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.In the present embodiment, the bidirectional switch turns 360 under the condition in the on state that the voltage value 391 is smaller than the third limit, which is the case when the smoothing capacitor 320 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, are also reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 370 is generated, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Folglich kann mit der vorliegenden Ausführungsform ein Leistungswandler erreicht werden, der geringere Rauschcharakteristika aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert. Consequently, with the present embodiment, a power converter having lower noise characteristics and preventing a malfunction of the residual current circuit breaker can be achieved.

Ausführungsform 4Embodiment 4

5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 4 gemäß Ausführungsform 4. 5 is a circuit diagram of a power converter 4 according to embodiment 4.

Wie in 5 dargestellt, weist der Leistungswandler 4 einen Diodengleichrichter 410, einen Glättungskondensator 420, einen Wechselrichter 430, eine Umgehungsschaltung 475, einen Detektor 480 und eine Steuerung 490 auf. Die Umgehungsschaltung 475 weist einen bidirektionalen Schalter 460 und einen Y-Kondensator 470 auf. Die Steuerung 490 weist eine Recheneinrichtung (Filter) 492, eine Recheneinrichtung (Absolutwert) 493, eine Recheneinrichtung (Spitzenwert) 494, einen Komparator 495 und eine Steuereinrichtung 496 auf. As in 5 shown, the power converter points 4 a diode rectifier 410 , a smoothing capacitor 420 , an inverter 430 , a bypass circuit 475 , a detector 480 and a controller 490 on. The bypass circuit 475 has a bidirectional switch 460 and a Y-capacitor 470 on. The control 490 has a computing device (filter) 492 , a computing device (absolute value) 493 , a computing device (peak value) 494 , a comparator 495 and a controller 496 on.

Der Diodengleichrichter 410 richtet eine Wechselspannung gleich, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 400 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar in eine Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus.The diode rectifier 410 rectifies an AC voltage equal to that of a three-phase AC supply 400 is output with a neutral point, in a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 420 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 410 gleichgerichtet worden ist. The smoothing capacitor 420 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 410 has been rectified.

Der Wechselrichter 430 wandelt die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator 420 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt den Elektromotor 440 an.The inverter 430 converts the DC voltage through the smoothing capacitor 420 has been smoothed, in a desired AC voltage and drives the electric motor 440 at.

Der bidirektionale Schalter 460 und der Y-Kondensator 470 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 420 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 470 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 430 verursacht wird.The bidirectional switch 460 and the Y capacitor 470 are between one end of the smoothing capacitor 420 and the earth connected in series. The Y-capacitor 470 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 430 is caused.

Der Detektor 480 detektiert einen Strom, der durch den Glättungskondensator 420 fließt. Die Steuerung 490 steuert einen bidirektionalen Schalter 460 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 480 an. The detector 480 detects a current flowing through the smoothing capacitor 420 flows. The control 490 controls a bidirectional switch 460 in response to an output of the detector 480 at.

Die Recheneinrichtung (Filter) 492 extrahiert eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente des Stroms, der durch den Detektor 480 detektiert wird. The computing device (filter) 492 extracts an AC frequency component of the current passing through the detector 480 is detected.

Die Recheneinrichtung (Absolutwert) 493 gibt einen Absolutwert des Stroms aus, der die Wechselspannungs-Frequenzkomponente aufweist, die von der Recheneinrichtung (Filter) 492 ausgegeben wird. The computing device (absolute value) 493 Outputs an absolute value of the current having the AC frequency component supplied by the calculator (filter) 492 is issued.

Die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 494 gibt einen Spitzenwert des Absolutwerts aus, der von der Recheneinrichtung (Absolutwert) 493 ausgegeben wird. The computing device (peak value) 494 outputs a peak value of the absolute value calculated by the calculator (absolute value) 493 is issued.

Der Komparator 495 vergleicht das Ausgangssignal der Recheneinrichtung (Spitzenwert) 494 mit einem vierten Grenzwert. The comparator 495 compares the output of the calculator (peak value) 494 with a fourth limit.

Die Steuereinrichtung 496 bringt den bidirektionalen Schalter 460 in den Ein-Zustand, wenn das Vergleichsresultat des Komparators 495 anzeigt, dass der Spitzenwert kleiner ist als der vierte Grenzwert.The control device 496 brings the bidirectional switch 460 in the on state when the comparison result of the comparator 495 indicates that the peak is less than the fourth limit.

Im Folgenden wird der vierte Grenzwert der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der vierte Grenzwert ist eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente des Stromwerts, der in den Glättungskondensator 420 fließt. Falls ein detektierter Wert auf diesen vierten Grenzwert oder niedriger sinkt, wird ein Leckstrom der Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die in der Spannung des Glättungskondensators 420 enthalten ist, auf den Betriebsstrom-Wert eines Fehlerstromschutzschalters oder weniger reduziert, und zwar, wenn Spannungsschwankungen zur Masse (Erde) der Wechselspannungs-Frequenzkomponente an dem Y-Kondensator 170 angelegt werden, die durch Spannungsschwankungen der Wechselspannungs-Frequenzkomponente verursacht werdenHereinafter, the fourth limit of the present embodiment will be described. The fourth limit is an AC frequency component of the current value flowing into the smoothing capacitor 420 flows. If a detected value decreases to this fourth threshold or lower, a leakage current of the AC frequency component that is in the voltage of the smoothing capacitor becomes 420 is reduced to the operating current value of a residual current circuit breaker or less, when voltage fluctuations to ground (earth) of the AC frequency component at the Y capacitor 170 be created, which are caused by voltage fluctuations of the AC frequency component

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 4 aus 5 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 400 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 410 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 420 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 430 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 440 durch die Wechselspannung angetrieben wird. The following is the operation of the power converter 4 out 5 described. A three-phase DC voltage from the three-phase AC power supply 400 with star point grounding is through the diode rectifier 410 rectified and then through the smoothing capacitor 420 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 430 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 440 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 440 und der Erde existiert eine Streukapazität 450. Wenn der Wechselrichter 430 durch PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch den Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 430 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 450 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Wechselspannungsversorgung durch einen Pfad über Masse aus.Between the electric motor 440 and the earth has a stray capacity 450 , If the inverter 430 is controlled by PWM control, by the switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 430 Voltage fluctuations at the stray capacitance 450 created and generates a common mode current. This common mode current propagates toward the AC supply through a path above ground.

Der Detektor 480 detektiert den Strom durch den Glättungskondensator 420 und gibt einen Wert des detektierten Stroms an die Steuerung 490 aus. Der Wert des detektierten Stroms wird durch die Recheneinrichtung (Filter) 492 in eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente umgewandelt, und die Wechselspannungs-Frequenzkomponente wird durch die Recheneinrichtung (Absolutwert) 493 in einen Absolutwert umgewandelt. Der Absolutwert wird dann durch die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 494 in einen Spitzenwert 491 umgewandelt, und der Spitzenwert 491 wird durch den Komparator 495 mit dem vierten Grenzwert verglichen, so dass der bidirektionale Schalter 460 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, und zwar unter der Bedingung, dass der Spitzenwert 491 kleiner ist als der vierte Grenzwert. The detector 480 detects the current through the smoothing capacitor 420 and outputs a value of the detected current to the controller 490 out. The value of the detected current is through the computing device (filter) 492 converted into an AC frequency component, and the AC frequency component is calculated by the calculator (absolute value) 493 converted into an absolute value. The absolute value is then calculated by the calculator (peak value) 494 in a peak 491 converted, and the peak 491 is through the comparator 495 compared with the fourth limit, so that the bidirectional switch 460 is brought into the conductive state, under the condition that the peak value 491 is less than the fourth limit.

Wenn der bidirektionale Schalter 460 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom über den Y-Kondensator 470 zirkuliert, so dass geringere Rauschcharakteristika resultiert.If the bidirectional switch 460 is brought into the conductive state, causing a common mode current across the Y capacitor 470 circulates, resulting in lower noise characteristics.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 460 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spannungswert 491 kleiner ist als der vierte Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 420 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Das behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 470 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.In the present embodiment, the bidirectional switch turns 460 under the condition in the on state that the voltage value 491 is less than the fourth limit, which is the case when the smoothing capacitor 420 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, are also reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 470 is generated, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente durch den Wert des detektierten Stroms extrahiert und der Betrieb der Steuereinrichtung 496 bestimmt, so dass eine hochpräzise Steuerung ermöglicht wird. Das erhöht eine Kapazität des Y-Kondensators 470 auf eine Betriebsgrenze des Fehlerstromschutzschalters, so dass geringeres Rauschen resultiert.In the present embodiment, an AC frequency component is extracted by the value of the detected current and the operation of the controller 496 determined, so that a high-precision control is enabled. This increases a capacity of the Y-capacitor 470 to an operating limit of the residual current circuit breaker, so that less noise results.

Wie oben beschrieben, kann mit der vorliegende Ausführungsform erreicht werden, dass ein Leistungswandler geringere Rauschcharakteristika aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert.As described above, with the present embodiment, it can be achieved that a power converter has lower noise characteristics and prevents a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Verwendung der Recheneinrichtung (Spitzenwert) 494 beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Alternativ kann eine andere Recheneinrichtung verwendet werden, wie beispielsweise eine Recheneinrichtung (Durchschnittswert).Although the present invention using the calculator (peak) 494 has been described, the present invention is not limited thereto. Alternatively, another computing device may be used, such as a computing device (average value).

Ausführungsform 5Embodiment 5

6 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 5 gemäß Ausführungsform 5. 6 is a circuit diagram of a power converter 5 according to embodiment 5.

Wie in 6 dargestellt, weist der Leistungswandler 5 einen Diodengleichrichter 510, einen Glättungskondensator 520, einen Wechselrichter 530, eine Umgehungsschaltung 575, einen Detektor 580 und eine Steuerung 590 auf. Die Umgehungsschaltung 575 weist einen bidirektionalen Schalter 560 und einen Y-Kondensator 570 auf. Der bidirektionale Schalter 560 weist einen IGBT 561, einen IGBT 562, eine Diode 563 und eine Diode 564 auf. Die Steuerung 590 weist eine Recheneinrichtung (Filter) 592, eine Recheneinrichtung (Absolutwert) 593, eine Recheneinrichtung (Spitzenwert) 594, eine Datentabelle 595 und eine Steuereinrichtung 596 auf. As in 6 shown, the power converter points 5 a diode rectifier 510 , a smoothing capacitor 520 , an inverter 530 , a bypass circuit 575 , a detector 580 and a controller 590 on. The bypass circuit 575 has a bidirectional switch 560 and a Y-capacitor 570 on. The bidirectional switch 560 has an IGBT 561 , an IGBT 562 , a diode 563 and a diode 564 on. The control 590 has a computing device (filter) 592 , a computing device (absolute value) 593 , a computing device (peak value) 594 , a data table 595 and a controller 596 on.

Der Diodengleichrichter 510 richtet eine Wechselspannung gleich, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 500 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus. The diode rectifier 510 rectifies an AC voltage equal to that of a three-phase AC supply 500 is output with a neutral point, to a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 520 glättet die Gleichspannung, die von dem Diodengleichrichter 510 gleichgerichtet wird. The smoothing capacitor 520 smoothes the DC voltage from the diode rectifier 510 is rectified.

Der Wechselrichter 530 wandelt die gleiche Spannung, die durch den Glättungskondensator 520 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt den Elektromotor 540 an.The inverter 530 converts the same voltage through the smoothing capacitor 520 has been smoothed, in a desired AC voltage and drives the electric motor 540 at.

Der bidirektionale Schalter 560 und der Y-Kondensator 570 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 520 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 570 reduziert das Rauschen, das durch Schalten der Schaltelemente des Wechselrichters 530 verursacht wird. The bidirectional switch 560 and the Y capacitor 570 are between one end of the smoothing capacitor 520 and the earth connected in series. The Y-capacitor 570 reduces the noise caused by switching the switching elements of the inverter 530 is caused.

Der Detektor 580 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 520. Die Steuerung 590 steuert den bidirektionalen Schalter 560 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 580 an. The detector 580 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 520 , The control 590 controls the bidirectional switch 560 in response to an output of the detector 580 at.

Die Recheneinrichtung (Filter) 592 extrahiert eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente der Spannung, die durch den Detektor 580 detektiert wird. The computing device (filter) 592 extracts an AC frequency component of the voltage passing through the detector 580 is detected.

Die Recheneinrichtung (Absolutwert) 593 gibt einen Absolutwert der Spannung aus, die die Wechselspannungs-Frequenzkomponente aufweist, die von der Recheneinrichtung (Filter) 592 ausgegeben wird.The computing device (absolute value) 593 outputs an absolute value of the voltage having the AC frequency component supplied by the calculator (filter) 592 is issued.

Die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 594 gibt einen Spitzenwert des Absolutwerts aus, der von der Recheneinrichtung (Absolutwert) 593 ausgegeben wird. The computing device (peak value) 594 outputs a peak value of the absolute value calculated by the calculator (absolute value) 593 is issued.

Die Datentabelle 595 bestimmt einen Zusammenhang zwischen der Höhe einer Gate-Spannung über einem IGBT und einem Spitzenwert eines Absolutwerts einer Spannung, die eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente der Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aufweist. Die Datentabelle 595 wird derart bestimmt, dass bei einem höheren Spitzenwert des Absolutwerts der Spannung, die die Wechselspannungs-Frequenzkomponente aufweist, eine Gate-Spannung über dem IGBTs niedriger wird, und ein Einschalt-Widerstandswert des IGBTs höher wird. The data table 595 determines a relationship between the level of a gate voltage across an IGBT and a peak value of an absolute value of a voltage having an AC frequency component of the DC buses ML1 and ML2. The data table 595 is determined such that at a higher peak value of the absolute value of the voltage having the AC frequency component, a gate voltage across the IGBTs becomes lower, and a turn-on resistance value of the IGBT becomes higher.

Die Datentabelle 595 wird derart bestimmt, dass bei einem niedrigeren Spitzenwert des Absolutwerts der Spannung, die die Wechselspannungs-Frequenzkomponente aufweist, die Gate-Spannung über dem IGBT höher wird, und der Einschalt-Widerstandswert des IGBTs niedriger wird.The data table 595 is determined such that at a lower peak value of the absolute value of the voltage having the AC frequency component, the gate voltage across the IGBT becomes higher, and the turn-on resistance value of the IGBT becomes lower.

Die Steuereinrichtung 596 versorgt die IGBTs 561 und 562 mit einer Gate-Spannung, die die Höhe des Gate-Spannungs-Ausgangssignals von der Datentabelle 595 aufweist, und steuert das Leitvermögen des bidirektionalen Schalters 560.The control device 596 supplies the IGBTs 561 and 562 with a gate voltage representing the height of the gate voltage output from the data table 595 and controls the conductivity of the bidirectional switch 560 ,

Der bidirektionale Schalter 560 weist Folgendes auf: die IGBTs 561 und 562, die antiparallel geschaltet sind; eine Diode 563, die mit dem IGBT 561 in Reihe geschaltet ist; und eine Diode 564, die mit dem IGBT 562 in Reihe geschaltet ist.The bidirectional switch 560 indicates: the IGBTs 561 and 562 which are connected in antiparallel; a diode 563 that with the IGBT 561 is connected in series; and a diode 564 that with the IGBT 562 is connected in series.

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 5 der 6 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 500 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 510 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 520 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 530 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 540 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 5 of the 6 described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 500 with star point grounding is through the diode rectifier 510 rectified and then through the smoothing capacitor 520 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 530 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 540 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 540 und der Erde existiert eine Streukapazität 550. Wenn der Wechselrichter 530 durch die PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch einen Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 530 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 550 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 500 durch einen Pfad über Masse aus.Between the electric motor 540 and the earth has a stray capacity 550 , If the inverter 530 is controlled by the PWM control, by a switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 530 Voltage fluctuations at the stray capacitance 550 created and generates a common mode current. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 500 through a path over mass.

Der Detektor 580 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 520 und gibt einen detektierten Spannungswert an die Steuerung 590 aus. Eine Wechselspannungs-Frequenzkomponente wird durch die Recheneinrichtung (Filter) 592 von dem detektierten Spannungswert extrahiert, und die Wechselspannungs-Frequenzkomponente wird durch die Recheneinrichtung (Absolutwert) 593 in einen Absolutwert umgewandelt. Der Absolutwert wird dann durch die Recheneinrichtung (Spitzenwert) 594 in einen Spitzenwert 591 umgewandelt. Die Datentabelle 595 gibt die Höhe der Gate-Spannung, die dem Spitzenwert 591 entspricht, an die Steuereinrichtung 596 aus. Die Steuereinrichtung 596 gibt die Gate-Spannung, die die befohlene Höhe aufweist, an die Gates der IGBTs 561 und 562 aus, so dass der bidirektionale Schalter 560 angesteuert wird.The detector 580 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 520 and outputs a detected voltage value to the controller 590 out. An AC frequency component is generated by the calculator (filter) 592 extracted from the detected voltage value, and the AC frequency component is calculated by the calculator (absolute value) 593 converted into an absolute value. The absolute value is then calculated by the calculator (peak value) 594 in a peak 591 transformed. The data table 595 gives the height of the gate voltage, which is the peak value 591 corresponds to the control device 596 out. The control device 596 gives the gate voltage, which has the commanded level, to the gates of the IGBTs 561 and 562 out, leaving the bidirectional switch 560 is controlled.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Einschalt-Widerstände der IGBTs 561 und 562 des bidirektionalen Schalters 560 gemäß einem Spannungswert angepasst, und zwar gemäß dem Spannungswert der Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagert, so dass ein geringes Rauschen selbst dann erreicht werden kann, wenn der Glättungskondensator 520 nicht ausreichend aufgeladen ist.In the present embodiment, the turn-on resistances of the IGBTs become 561 and 562 of the bidirectional switch 560 in accordance with a voltage value according to the voltage value of the AC frequency component superimposed on the DC buses ML1 and ML2, so that low noise can be achieved even when the smoothing capacitor 520 is not sufficiently charged.

Bei der vorliegenden Ausführungsform können die IGBTs 561 und 562 des bidirektionalen Schalters 560 als Dämpfungswiderstände verwendet werden, so dass ein geringeres Rauschen selbst dann resultiert, wenn eine Resonanz in einem Pfad auftritt, der den bidirektionalen Schalter 560 aufweist. In the present embodiment, the IGBTs 561 and 562 of the bidirectional switch 560 can be used as damping resistors, so that less noise will result even if a resonance occurs in a path that is the bidirectional switch 560 having.

Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein Leckstrom dadurch behoben oder reduziert werden, dass die Leitungs-Widerstände der IGBTs 561 und 562 angepasst werden, und zwar gemäß dem Spannungswert einer Wechselspannungs-Frequenzkomponente, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagert, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert werden kann.In the present embodiment, a leakage current can be eliminated or reduced by making the line resistances of the IGBTs 561 and 562 be adapted, in accordance with the voltage value of an AC frequency component, which is superimposed on the DC buses ML1 and ML2, so that a malfunction of the residual current circuit breaker can be prevented.

Wie oben beschrieben, wird mit der vorliegenden Ausführungsform ein Leistungswandler erreicht, der ein geringeres Rauschen aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert. As described above, the present embodiment achieves a power converter that has less noise and prevents a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Schalter, der Folgendes aufweist: IGBTs 561 und 562, die antiparallel geschaltet sind; die Diode 563, die mit dem IGBT 561 in Reihe geschaltet ist; und die Diode 564, die mit dem IGBT 562 in Reihe geschaltet ist, als spezifische Konfiguration des bidirektionalen Schalters aus Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ähnlich kann ein bidirektionaler Schalter mit einer derartigen Konfiguration auch bei den Konfigurationen der anderen Ausführungsformen verwendet werden.Although in the present embodiment, the switch includes: IGBTs 561 and 562 which are connected in antiparallel; the diode 563 that with the IGBT 561 is connected in series; and the diode 564 that with the IGBT 562 is connected in series, has been described as a specific configuration of the bidirectional switch of Embodiment 1, the present invention is not limited thereto. Similarly, a bidirectional switch having such a configuration can be used also in the configurations of the other embodiments.

Ausführungsform 6 Embodiment 6

7 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 6 gemäß Ausführungsform 6. 7 is a circuit diagram of a power converter 6 according to embodiment 6.

Wie in 7 dargestellt, weist der Leistungswandler 6 einen Diodengleichrichter 610, einen ersten Glättungskondensator 620, einen Wechselrichter 630, eine Umgehungsschaltung 675, einen Detektor 680, eine Steuerung 690 und einen Zerhacker 6000 auf. Die Umgehungsschaltung 675 weist einen bidirektionalen Schalter 660 und einen Y-Kondensator 670 auf. Der Zerhacker 6000 weist Leistungswandlungs-Halbleiterelemente 6001 und 6002, eine Drosselspule 6010 und einen zweiten Glättungskondensator 6020 auf. Die Steuerung 690 weist einen Komparator 692 und eine Steuereinrichtung 693 auf. As in 7 shown, the power converter points 6 a diode rectifier 610 , a first smoothing capacitor 620 , an inverter 630 , a bypass circuit 675 , a detector 680 , a controller 690 and a chopper 6000 on. The bypass circuit 675 has a bidirectional switch 660 and a Y-capacitor 670 on. The chopper 6000 has power conversion semiconductor elements 6001 and 6002 , a choke coil 6010 and a second smoothing capacitor 6020 on. The control 690 has a comparator 692 and a controller 693 on.

Der Diodengleichrichter 610 richtet eine Wechselspannung gleich, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 600 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus.The diode rectifier 610 rectifies an AC voltage equal to that of a three-phase AC supply 600 is output with a neutral point, to a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der erste Glättungskondensator 620 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 610 gleichgerichtet wird.The first smoothing capacitor 620 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 610 is rectified.

Die Leistungswandlungs-Halbleiterelemente 6001 und 6002 in dem Zerhacker 6000 wandeln die Gleichspannung über den ersten Glättungskondensator 620 in eine gewünschte Gleichspannung. Der zweite Glättungskondensator 6020 in dem Zerhacker 6000 glättet die Gleichspannung, die von den Leistungswandlungs-Halbleiterelementen 6001 und 6002 umgewandelt worden ist. The power conversion semiconductor elements 6001 and 6002 in the chopper 6000 convert the DC voltage across the first smoothing capacitor 620 in a desired DC voltage. The second smoothing capacitor 6020 in the chopper 6000 smoothes the DC voltage generated by the power conversion semiconductor elements 6001 and 6002 has been converted.

Der Wechselrichter 630 wandelt die Gleichspannung, die durch den zweiten Glättungskondensator 6020 umgewandelt wird, in eine gewünschte Wechselspannung und treibt den Elektromotor 640 an. The inverter 630 converts the DC voltage through the second smoothing capacitor 6020 is converted to a desired AC voltage and drives the electric motor 640 at.

Der bidirektionale Schalter 660 und der Y-Kondensator 670 sind zwischen einem Ende des ersten Glättungskondensators 620 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 670 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 630 verursacht wird. The bidirectional switch 660 and the Y capacitor 670 are between one end of the first smoothing capacitor 620 and the earth connected in series. The Y-capacitor 670 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 630 is caused.

Der Detektor 680 detektiert eine Spannung über beide Enden des ersten Glättungskondensators 620. The detector 680 detects a voltage across both ends of the first smoothing capacitor 620 ,

Die Steuerung 690 steuert die bidirektionalen Schalter 660 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 680 an.The control 690 controls the bidirectional switches 660 in response to an output of the detector 680 at.

Der Komparator 692 vergleicht die Spannung, die durch den Detektor 680 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert.The comparator 692 compares the voltage passing through the detector 680 is detected, with the first limit.

Die Steuereinrichtung 693 steuert einen Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 660 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 692.The control device 693 controls an on / off state of the bidirectional switch 660 based on the comparison result of the comparator 692 ,

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 6 aus 7 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 600 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 610 gleichgerichtet und dann durch den ersten Glättungskondensator 620 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Gleichspannung über dem ersten Glättungskondensator 620 wird durch den Zerhacker 6000 in eine gewünschte Gleichspannung umgewandelt und dann durch den zweiten Glättungskondensator beibehalten. Die Gleichspannung über dem zweiten Glättungskondensator 6020 wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 630 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 640 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 6 out 7 described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 600 with star point grounding is through the diode rectifier 610 rectified and then through the first smoothing capacitor 620 converted into a DC voltage. The DC voltage across the first smoothing capacitor 620 is by the chopper 6000 converted into a desired DC voltage and then maintained by the second smoothing capacitor. The DC voltage across the second smoothing capacitor 6020 is by means of known PWM control by the inverter 630 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 640 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 640 und der Erde existiert eine Streukapazität 650. Wenn der Wechselrichter 630 durch PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch den Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 630 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 650 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 600 durch einen Pfad über Masse aus. Between the electric motor 640 and the earth has a stray capacity 650 , If the inverter 630 is controlled by PWM control, by the switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 630 Voltage fluctuations at the stray capacitance 650 created and generates a common mode current. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 600 through a path over mass.

Der Detektor 680 detektiert eine Spannung über dem ersten Glättungskondensator 620 und gibt einen Spannungswert 691 an die Steuerung 690 aus. Der Spannungswert 691 wird durch den Komparator 692 mit dem ersten Grenzwert verglichen und der bidirektionale Schalter 660 wird unter der Bedingung in den leitfähigen Zustand gebracht, dass der Spannungswert 691 größer ist als der erster Grenzwert.The detector 680 detects a voltage across the first smoothing capacitor 620 and gives a voltage value 691 to the controller 690 out. The voltage value 691 is through the comparator 692 compared with the first threshold and the bidirectional switch 660 is brought into the conductive state under the condition that the voltage value 691 is greater than the first limit.

Wenn der bidirektionale Schalter 660 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom durch den Y-Kondensator 670 zirkuliert, so dass geringeres Rauschen resultiert. If the bidirectional switch 660 is brought into the conductive state, causing a common mode current through the Y capacitor 670 circulates so that less noise results.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 660 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spannungswert 691 höher ist als der erste Grenzwert, was der Fall ist, wenn der erste Glättungskondensator 620 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Das behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 670 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.In the present embodiment, the bidirectional switch turns 660 under the condition in the on state that the voltage value 691 is higher than the first limit, which is the case when the first smoothing capacitor 620 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which is up superimpose the DC buses ML1 and ML2, also be reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 670 is generated, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Wie oben beschrieben, erreicht die vorliegende Ausführungsform einen Leistungswandler, der geringe Rauschcharakteristika aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert.As described above, the present embodiment achieves a power converter that has low noise characteristics and prevents a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration beschrieben worden ist, die durch Hinzufügen eines Zerhackers zu der Konfiguration der Ausführungsform 1 erhalten wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Folglich kann der Zerhacker auf ähnliche Weise auch bei der Konfiguration der anderen Ausführungsformen hinzugefügt werden.Although a configuration obtained by adding a chopper to the configuration of Embodiment 1 has been described in the present embodiment, the present invention is not limited thereto. Consequently, the chopper can be similarly added in the configuration of the other embodiments.

Ausführungsform 7Embodiment 7

8 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers gemäß Ausführungsform 7. 8th FIG. 10 is a circuit diagram of a power converter according to Embodiment 7. FIG.

Wie in 8 dargestellt, weist der Leistungswandler 7 eine Gleichtakt-Drosselspule 7000, einen Diodengleichrichter 710, einen Glättungskondensator 720, einen Wechselrichter 730, einen Detektor 780, eine Umgehungsschaltung 775 und eine Steuerung 790 auf. Die Umgehungsschaltung 775 weist einen bidirektionalen Schalter 760 und einen Y-Kondensator 770 auf. Die Steuerung 790 weist einen Komparator 792 und eine Steuereinrichtung 793 auf. As in 8th shown, the power converter points 7 a common mode choke coil 7000 , a diode rectifier 710 , a smoothing capacitor 720 , an inverter 730 , a detector 780 , a bypass circuit 775 and a controller 790 on. The bypass circuit 775 has a bidirectional switch 760 and a Y-capacitor 770 on. The control 790 has a comparator 792 and a controller 793 on.

Die Gleichtakt-Drosselspule 7000 ist in einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung zwischen dem Diodengleichrichter 710 und einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 700 angeordnet. Die Gleichtakt-Drosselspule 7000 weist eine Normalmodus-Rauschreduzierungsfähigkeit auf, und zwar unter Verwendung eines Leckstroms.The common mode choke coil 7000 is in a three-phase AC supply line between the diode rectifier 710 and a three-phase AC power supply 700 arranged. The common mode choke coil 7000 has a normal mode noise reduction capability using a leakage current.

9 stellt eine Gleichtakt-Drosselspule 7000 dar. Wie in 9 dargestellt, ist die Gleichtakt-Drosselspule 7000 mit einer R-Phase 810 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung, einer S-Phase 820 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung und einer T-Phase 830 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung verbunden. 9 represents a common mode choke coil 7000 as in 9 is the common mode choke coil 7000 with an R phase 810 the three-phase AC supply line, an S-phase 820 the three-phase AC supply line and a T-phase 830 the three-phase AC supply line connected.

Im Folgenden wird der Betrieb der Gleichtakt-Drosselspule 7000 aus 9 beschrieben.The following is the operation of the common mode choke coil 7000 out 9 described.

Die R-Phase 810 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung, die S-Phase 820 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung und die T-Phase 830 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung sind mit der gleichen Anzahl von Wicklungen um die Gleichtakt-Drosselspule 7000 gewickelt, wobei ein Gleichtakt-Rauschstrom gedämpft wird, um eine Gleichtakt-Rauschcharakteristik zu reduzieren. Da die R-Phase 810, die S-Phase 820 und die T-Phase 830 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung lose gewickelt sind, weisen die R-Phase 810, die S-Phase 820 und die T-Phase 830 der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung Induktivitätskomponenten auf, und zwar aufgrund der entsprechenden Streumagnetfelder 811, 821 und 831. The R phase 810 the three-phase AC supply line, the S-phase 820 the three-phase AC supply line and the T-phase 830 of the three-phase AC supply line are with the same number of windings around the common-mode choke coil 7000 wherein a common mode noise current is attenuated to reduce a common mode noise characteristic. Because the R-phase 810 , the S phase 820 and the T-phase 830 the three-phase AC supply line are loosely wound have the R phase 810 , the S phase 820 and the T-phase 830 the three-phase AC power supply line inductance components due to the corresponding stray magnetic fields 811 . 821 and 831 ,

Die Induktivitätskomponenten fungieren als Normalmodus-Impedanz, so dass eine Normalmodus-Rauschreduzierungsfähigkeit bereitgestellt wird.The inductance components function as normal mode impedance to provide a normal mode noise reduction capability.

Somit funktioniert die Gleichtakt-Drosselspule 7000 sowohl für den Gleichtakt- als auch den Normalmodus wirkungsvoll.Thus, the common mode choke coil works 7000 effective for both common mode and normal mode.

Im Folgenden wird wieder auf 8 Bezug genommen. Der Diodengleichrichter 710 richtet die Wechselspannung gleich, die von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 700 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Bus ML1 und ML2 aus. Der Glättungskondensator 720 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 710 gleichgerichtet wird.The following will be up again 8th Referenced. The diode rectifier 710 rectifies the AC voltage equal to that of the three-phase AC supply 700 is output with a neutral point, to a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC bus ML1 and ML2. The smoothing capacitor 720 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 710 is rectified.

Der Wechselrichter 730 wandelt die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator 720 umgewandelt wird, in eine gewünschte Wechselspannung um und treibt den Elektromotor 740 an. The inverter 730 converts the DC voltage through the smoothing capacitor 720 is converted into a desired AC voltage and drives the electric motor 740 at.

Der bidirektionale Schalter 760 und der Y-Kondensator 770 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 720 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 770 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 730 verursacht wird. The bidirectional switch 760 and the Y capacitor 770 are between one end of the smoothing capacitor 720 and the earth connected in series. The Y-capacitor 770 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 730 is caused.

Der Detektor 780 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 720.The detector 780 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 720 ,

Die Steuerung 790 steuert den bidirektionalen Schalter 760 an, und zwar als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 780.The control 790 controls the bidirectional switch 760 in response to an output signal from the detector 780 ,

Die Steuerung 790 bringt den bidirektionalen Schalter 760 in den leitfähigen Zustand, wenn der Ausgangswert des Detektors 780 kleiner ist als der erste Grenzwert.The control 790 brings the bidirectional switch 760 in the conductive state when the output value of the detector 780 is less than the first limit.

Der Komparator 792 vergleicht die Spannung, die durch den Detektor 780 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert. The comparator 792 compares the voltage passing through the detector 780 is detected, with the first limit.

Die Steuereinrichtung 793 steuert einen Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 760 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 792. The control device 793 controls an on / off state of the bidirectional switch 760 based on the comparison result of the comparator 792 ,

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 7 aus 8 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 700 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 710 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 720 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 730 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 740 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 7 out 8th described. A three-phase DC voltage across the three-phase AC supply 700 with star point grounding is through the diode rectifier 710 rectified and then through the smoothing capacitor 720 converted into a DC voltage. The DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 730 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 740 is driven by the AC voltage.

Zwischen dem Elektromotor 740 und der Erde existiert eine Streukapazität 750. Wenn der Wechselrichter 730 durch die PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch den Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 730 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 750 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 700 durch einen Pfad über Masse aus.Between the electric motor 740 and the earth has a stray capacity 750 , If the inverter 730 is controlled by the PWM control, by the switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 730 Voltage fluctuations at the stray capacitance 750 created and generates a common mode current. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 700 through a path over mass.

Der Detektor 780 detektiert eine Spannung über dem Glättungskondensator 720 und gibt den detektierten Spannungswert 790 an die Steuerung 790 aus. Der detektierte Spannungswert 791 wird durch den Komparator 792 mit dem ersten Grenzwert verglichen und der bidirektionale Schalter 760 wird unter der Bedingung in den leitfähigen Zustand gebracht, dass der Spannungswert 791 höher ist als der erste Grenzwert. The detector 780 detects a voltage across the smoothing capacitor 720 and outputs the detected voltage value 790 to the controller 790 out. The detected voltage value 791 is through the comparator 792 compared with the first threshold and the bidirectional switch 760 is brought into the conductive state under the condition that the voltage value 791 is higher than the first limit.

Wenn der bidirektionale Schalter 760 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass ein Gleichtakt-Strom durch den Y-Kondensator 770 zirkuliert, so dass ein geringeres Rauschen resultiert.If the bidirectional switch 760 is brought into the conductive state, causing a common mode current through the Y capacitor 770 circulates, resulting in less noise.

Da die Gleichtakt-Drosselspule Drosselspule 7000 bei der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann Gleichtaktrauschen, das in die Drei-Phasen-Energieversorgungsleitung gelangt, weiter reduziert werden und zirkuliert durch den Y-Kondensator 770, so dass ein geringeres Rauschen resultiert. Because the common mode choke inductor 7000 is used in the three-phase AC power supply line of the present embodiment, common mode noise entering the three-phase power supply line can be further reduced and circulated through the Y capacitor 770 , so that less noise results.

Bei der vorliegenden Ausführungsform schaltet der bidirektionale Schalter 760 unter der Bedingung in den Ein-Zustand, dass der Spannungswert 790 höher ist als der erste Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 720 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden. Das behebt oder reduziert einen Leckstrom, der von dem Y-Kondensator 770 erzeugt wird, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.In the present embodiment, the bidirectional switch turns 760 under the condition in the on state that the voltage value 790 is higher than the first limit, which is the case when the smoothing capacitor 720 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, are also reduced. This eliminates or reduces a leakage current from the Y capacitor 770 is generated, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Wie oben beschrieben, erreicht die vorliegende Ausführungsform einen Leistungswandler, der eine geringere Rauschcharakteristik aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert. As described above, the present embodiment achieves a power converter having a lower noise characteristic and preventing a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration beschreibt, die durch Hinzufügen einer Gleichtakt-Drosselspule zu der Konfiguration der Ausführungsform 1 erhalten wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Gleichtakt-Drosselspule kann auch gleichermaßen für jede der Konfigurationen der anderen Ausführungsform hinzugefügt werden.Although the present embodiment describes a configuration obtained by adding a common mode choke coil to the configuration of Embodiment 1, the present invention is not limited thereto. The common mode choke coil can also be added equally to each of the configurations of the other embodiment.

Ausführungsform 8Embodiment 8

10 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 9 gemäß Ausführungsform 8. 10 is a circuit diagram of a power converter 9 according to embodiment 8.

Wie in 10 dargestellt, weist der Leistungswandler 9 eine Gleichtakt-Drosselspule 9000, einen Diodengleichrichter 910, einen Glättungskondensator 920, einen Wechselrichter 930, eine Umgehungsschaltung 975, einen Detektor 980 und eine Steuerung 990 auf.As in 10 shown, the power converter points 9 a common mode choke coil 9000 , a diode rectifier 910 , a smoothing capacitor 920 , an inverter 930 , a bypass circuit 975 , a detector 980 and a controller 990 on.

Die Umgehungsschaltung 975 weist einen bidirektionalen Schalter 960 und einen Y-Kondensator 970 auf. Die Steuerung 990 weist einen Komparator 992 und eine Steuereinrichtung 993 auf. The bypass circuit 975 has a bidirectional switch 960 and a Y-capacitor 970 on. The control 990 has a comparator 992 and a controller 993 on.

Die Gleichtakt-Drosselspule 9000 ist zwischen dem Diodengleichrichter 910 und einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 900 in einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung angeordnet.The common mode choke coil 9000 is between the diode rectifier 910 and a three-phase AC power supply 900 arranged in a three-phase AC supply line.

Der Diodengleichrichter 910 richtet eine Wechselspannung gleich, die von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 900 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar in eine Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus. The diode rectifier 910 rectifies an AC voltage equal to that of the three-phase AC supply 900 is output with a neutral point, in a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 920 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 910 gleichgerichtet worden ist.The smoothing capacitor 920 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 910 has been rectified.

Der Wechselrichter 930 wandelt die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator 920 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um, so dass der Elektromotor 940 angetrieben wird.The inverter 930 converts the DC voltage from the smoothing capacitor 920 has been smoothed, in a desired AC voltage, so that the electric motor 940 is driven.

Der bidirektionale Schalter 960 und der Y-Kondensator 970 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 920 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 970 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 930 verursacht wird. The bidirectional switch 960 and the Y capacitor 970 are between one end of the smoothing capacitor 920 and the earth connected in series. The Y-capacitor 970 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 930 is caused.

Der Detektor 980 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 920.The detector 980 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 920 ,

Die Steuerung 990 steuert einen bidirektionalen Schalter 960 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 980 an.The control 990 controls a bidirectional switch 960 in response to an output of the detector 980 at.

Die Steuerung 990 bringt den bidirektionalen Schalter 960 in den leitfähigen Zustand, wenn der Ausgangswert des Detektors 980 höher ist als der erste Grenzwert.The control 990 brings the bidirectional switch 960 in the conductive state when the output value of the detector 980 is higher than the first limit.

Der Komparator 992 vergleicht die Spannung, die durch den Detektor 980 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert. Die Steuereinrichtung 993 steuert den Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 960 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 992. Der bidirektionale Schalter 960 ist aus in Gegenrichtung blockierenden IGBTs 1791 und 1792 zusammengesetzt, die antiparallel geschaltet sind. Die in Gegenrichtung blockierenden IGBTs (Reverse-Blocking-IGBTs) 1791 und 1792 haben eine hohe Spannungsblockierungsfähigkeit in Rückwärtsrichtung.The comparator 992 compares the voltage passing through the detector 980 is detected, with the first limit. The control device 993 controls the on / off state of the bidirectional switch 960 based on the comparison result of the comparator 992 , The bidirectional switch 960 is from reverse blocking IGBTs 1791 and 1792 composed, which are connected in anti-parallel. The reverse-blocking IGBTs (reverse-blocking IGBTs) 1791 and 1792 have a high reverse voltage blocking capability.

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 9 aus 10 beschrieben. Die Dreiphasen-Gleichspannung von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 900 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 910 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 920 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 930 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 940 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 9 out 10 described. The three-phase DC voltage from the three-phase AC power supply 900 with star point grounding is through the diode rectifier 910 rectified and then through the smoothing capacitor 920 converted into a DC voltage. The DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 930 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 940 is driven by the AC voltage.

Eine Streukapazität 950 existiert zwischen dem Elektromotor 940 und der Erde. Wenn der Wechselrichter 930 durch die PWM-Steuerung angetrieben wird, werden Spannungsschwankungen durch einen Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 930 an der Streukapazität 950 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 900 durch einen Pfad über Masse aus.A stray capacity 950 exists between the electric motor 940 and the earth. If the inverter 930 is driven by the PWM control, voltage fluctuations by a switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 930 at the stray capacity 950 created and generates a common mode current. This common mode current propagates in the direction of the three-phase AC supply 900 through a path over mass.

Der Detektor 980 detektiert eine Spannung über dem Glättungskondensator 920 und gibt einen detektierten Spannungswert 991 zu der Steuerung 990 aus. Der detektierte Spannungswert 991 wird durch den Komparator 992 mit dem ersten Grenzwert verglichen. Unter der Bedingung, dass der Spannungswert 991 höher ist als der erste Grenzwert, werden die in Gegenrichtung blockierenden IGBTs 1791 und 1792 gleichzeitig eingeschaltet, um den Schalter 960 in den leitfähigen Zustand zu bringen.The detector 980 detects a voltage across the smoothing capacitor 920 and outputs a detected voltage value 991 to the controller 990 out. The detected voltage value 991 is through the comparator 992 compared with the first limit. Under the condition that the voltage value 991 is higher than the first limit, the reverse blocking IGBTs 1791 and 1792 switched on simultaneously to the switch 960 to bring into the conductive state.

Da der bidirektionale Schalter 960 bei der vorliegenden Ausführungsform aus den in Gegenrichtung blockierenden IGBTs 1791 und 1792 zusammengesetzt ist, kann die Anzahl der Elemente, die den bidirektionalen Schalter 960 ausbilden, reduziert werden, so dass eine Implementierung mit geringer Größe erreicht wird.Because the bidirectional switch 960 in the present embodiment, from the reverse blocking IGBTs 1791 and 1792 is composed of the number of elements that can be the bidirectional switch 960 be reduced, so that a small size implementation is achieved.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Implementierung mit geringer Größe, während Rauschen reduziert wird und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.As described above, the present invention enables a small size implementation while reducing noise and preventing a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Schalter, der sich aus den in Gegenrichtung blockierenden IGBTs 1791 und 1792 zusammensetzt, die antiparallel geschaltet sind, als eine spezifische Konfiguration des bidirektionalen Schalters aus Ausführungsform 1 beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann ein bidirektionaler Schalter, der eine derartige Konfiguration aufweist, gleichermaßen für die Konfiguration gemäß jeder anderen Ausführungsform verwendet werden.Although, in the present embodiment, the switch is composed of the reverse blocking IGBTs 1791 and 1792 is described as being a specific configuration of the bidirectional switch of Embodiment 1, the present invention is not limited thereto. Thus, a bidirectional switch having such a configuration can be equally used for the configuration according to any other embodiment.

Ausführungsform 9Embodiment 9

11 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 10 gemäß Ausführungsform 9. 11 is a circuit diagram of a power converter 10 according to embodiment 9.

Wie in 11 dargestellt, weist der Leistungswandler 10 eine Gleichtakt-Drosselspule 7000, einen Diodengleichrichter 1010, einen Glättungskondensator 1020, einen Wechselrichter 1030, eine Umgehungsschaltung 1075, einen Detektor 1080 und eine Steuerung 1090 auf. Die Umgehungsschaltung 1075 weist einen bidirektionalen Schalter 1060 und einen Y-Kondensator 1070 auf. Die Steuerung 1090 weist einen Komparator 1092 und eine Steuereinrichtung 1091 auf. As in 11 shown, the power converter points 10 a common mode choke coil 7000 , a diode rectifier 1010 , a smoothing capacitor 1020 , an inverter 1030 , a bypass circuit 1075 , a detector 1080 and a controller 1090 on. The bypass circuit 1075 has a bidirectional switch 1060 and a Y-capacitor 1070 on. The control 1090 has a comparator 1092 and a controller 1091 on.

Die Gleichtakt-Drosselspule 1000 ist in einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung zwischen dem Diodengleichrichter 1010 und der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1000 angeordnet.The common mode choke coil 1000 is in a three-phase AC supply line between the diode rectifier 1010 and the three-phase AC power supply 1000 arranged.

Der Diodengleichrichter 1010 richtet eine Wechselspannung gleich, die von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1000 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar in eine Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 aus.The diode rectifier 1010 rectifies an AC voltage equal to that of the three-phase AC supply 1000 is output with a neutral point, in a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and ML2.

Der Glättungskondensator 1020 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 1010 gleichgerichtet worden ist. The smoothing capacitor 1020 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 1010 has been rectified.

Der Wechselrichter 1030 wandelt die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator 1020 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um, so dass der Elektromotor 1040 angetrieben wird. The inverter 1030 converts the DC voltage through the smoothing capacitor 1020 has been smoothed, in a desired AC voltage, so that the electric motor 1040 is driven.

Der bidirektionale Schalter 1060 und der Y-Kondensator 1070 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 1020 und der Erde in Reihe geschaltet. Der Y-Kondensator 1070 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 1030 verursacht wird.The bidirectional switch 1060 and the Y capacitor 1070 are between one end of the smoothing capacitor 1020 and the earth connected in series. The Y-capacitor 1070 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 1030 is caused.

Der Detektor 1080 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 1020. Die Steuerung 1090 steuert den bidirektionalen Schalter 1016 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 1080 an. The detector 1080 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 1020 , The control 1090 controls the bidirectional switch 1016 in response to an output of the detector 1080 at.

Die Steuerung 1090 bringt den bidirektionalen Schalter 1060 in den leitfähigen Zustand, wenn der Ausgangswert des Detektors 1080 höher ist als der erste Grenzwert.The control 1090 brings the bidirectional switch 1060 in the conductive state when the output value of the detector 1080 is higher than the first limit.

Der Komparator 1092 vergleicht die Spannung, die durch den Detektor 1080 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert. Die Steuereinrichtung 1093 steuert einen Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 1060 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 1092.The comparator 1092 compares the voltage passing through the detector 1080 is detected, with the first limit. The control device 1093 controls an on / off state of the bidirectional switch 1060 based on the comparison result of the comparator 1092 ,

Der bidirektionale Schalter 1060 weist einen P-Kanal-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 1061 und einen N-Kanal-MOSFET 1062 auf, die in einer inversen Reihenschaltung geschaltet sind. Der P-Kanal-MOSFET 1061 und der N-Kanal-MOSFET 1062 werden als Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 1093 gleichzeitig eingeschaltet oder gleichzeitig ausgeschaltet.The bidirectional switch 1060 has a P-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 1061 and an N-channel MOSFET 1062 on, which are connected in an inverse series connection. The P-channel MOSFET 1061 and the N-channel MOSFET 1062 are in response to a control signal from the controller 1093 simultaneously switched on or switched off at the same time.

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 10 aus 11 beschrieben. Eine Dreiphasen-Gleichspannung über einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1000 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 1010 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 1020 in eine Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 1030 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 1040 durch diese Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 10 out 11 described. A three-phase DC voltage across a three-phase AC power supply 1000 with star point grounding is through the diode rectifier 1010 rectified and then through the smoothing capacitor 1020 converted into a DC voltage. This DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 1030 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 1040 is driven by this AC voltage.

Eine Streukapazität 1050 existiert zwischen dem Elektromotor 1040 und der Erde. Wenn der Wechselrichter 1030 durch die PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch einen Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 1030 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 1050 angelegt und ein Gleichtakt-Strom erzeugt. Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Wechselspannungsversorgung durch einen Pfad über Masse aus. A stray capacity 1050 exists between the electric motor 1040 and the earth. If the inverter 1030 is controlled by the PWM control, by a switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 1030 Voltage fluctuations at the stray capacitance 1050 created and generates a common mode current. This common mode current propagates toward the AC supply through a path above ground.

Der Detektor 1080 detektiert eine Spannung über dem Glättungskondensator 1020 und gibt einen detektierten Spannungswert 1091 an die Steuerung 1090 aus. Der detektierte Spannungswert 1091 wird durch den Komparator 1092 mit dem ersten Grenzwert verglichen. Unter der Bedingung, dass der Spannungswert 1091 höher ist als der erste Grenzwert, werden der P-Kanal-MOSFET 1061 und der N-Kanal-MOSFET 1062 gleichzeitig eingeschaltet, um den Schalter 1060 in den leitfähigen Zustand zu bringen. The detector 1080 detects a voltage across the smoothing capacitor 1020 and outputs a detected voltage value 1091 to the controller 1090 out. The detected voltage value 1091 is through the comparator 1092 compared with the first limit. Under the condition that the voltage value 1091 higher than the first limit, become the P-channel MOSFET 1061 and the N-channel MOSFET 1062 switched on simultaneously to the switch 1060 to bring into the conductive state.

Der bidirektionale Schalter 1060 besteht aus dem P-Kanal-MOSFET 1061 und dem N-Kanal-MOSFET 1062, die in einer inversen Reihenschaltung geschaltet sind. Ein Ende des P-Kanal-MOSFETs 1061 ist mit dem Gleichspannungs-Bus ML2 der Gleichspannungs-Busen verbunden. The bidirectional switch 1060 consists of the P-channel MOSFET 1061 and the N-channel MOSFET 1062 which are connected in an inverse series connection. One end of the P-channel MOSFET 1061 is connected to the DC bus ML2 of the DC buses.

Da der bidirektionale Schalter 1060 bei der vorliegenden Ausführungsform aus MOSFETs zusammengesetzt ist, kann die Anzahl der Elemente, die den bidirektionalen Schalter 1060 ausbilden, reduziert werden, so dass eine Implementierung mit geringer Größe resultiert.Because the bidirectional switch 1060 in the present embodiment, is composed of MOSFETs, the number of elements comprising the bidirectional switch 1060 be reduced, so that a small size implementation results.

Da der P-Kanal-MOSFET 1061 mit dem Gleichspannungs-Bus ML2 bei der vorliegenden Ausführungsform verbunden ist, kann eine Gleichspannungs-Bus-Spannung als Source-Potential beim Gate-Ansteuern des P-Kanal-MOSFETs 1061 verwendet werden. Dies verhindert den Bedarf einer separaten Isoliereinrichtung, so dass eine Implementierung mit geringer Größe resultiert.Because the P-channel MOSFET 1061 is connected to the DC bus ML2 in the present embodiment, a DC bus voltage as a source potential in the gate driving of the P-channel MOSFET 1061 be used. This avoids the need for a separate isolator, resulting in a small size implementation.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine Implementierung mit geringer Größe, während Rauschen reduziert wird und die Fehlfunktion eines Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.As described above, the present embodiment enables a small size implementation while reducing noise and preventing the malfunction of a residual current circuit breaker.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform den Schalter, der den P-Kanal-MOSFET 1061 und den N-Kanal-MOSFET 1062 aufweist, die in inverser Reihenschaltung verbunden sind, als eine spezifische Konfiguration des bidirektionalen Schalters aus Ausführungsform 1 beschreibt, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann ein bidirektionaler Schalter mit einer derartigen Konfiguration gleichermaßen für die Konfiguration gemäß irgendeiner anderen Ausführungsform verwendet werden.Although the present embodiment, the switch, the P-channel MOSFET 1061 and the N-channel MOSFET 1062 Having inverse inverse connection as described as a specific configuration of the bidirectional switch of Embodiment 1, the present invention is not limited thereto. Thus, a bidirectional switch having such a configuration may be used equally for the configuration according to any other embodiment.

Ausführungsform 10 Embodiment 10

Bei der Ausführungsform 10 weist der bidirektionale Schalter, der bei der in der obigen Ausführungsform beschriebenen Umgehungsschaltung enthalten ist, ein bidirektionales Einzel-Element auf.In the embodiment 10, the bidirectional switch included in the bypass circuit described in the above embodiment has a bidirectional single element.

12 ist eine Schnittansicht eines bidirektionalen lateralen Transistors mit isoliertem Gate, der ein Beispiel des bidirektionalen Einzel-Elements gemäß Ausführungsform 10 darstellt. 12 FIG. 10 is a sectional view of a bidirectional lateral insulated gate transistor which is an example of the single-element bidirectional element according to Embodiment 10. FIG.

Unter Bezugnahme auf 12 weist der bidirektionale laterale Transistor mit isoliertem Gate Folgendes auf: Eine Halbleiterschicht 1010 des N-Typs, p+-Wannenbereiche 1111 und 1112, n+-Emitterbereiche 1121 und 1122, Emitter-Elektroden 1131 und 1132, Gate-Isolierschichten 1141 und 1142 und Gate-Elektroden 1151 und 1152.With reference to 12 For example, the insulated gate bidirectional lateral transistor includes: a semiconductor layer 1010 of the N type, p + well regions 1111 and 1112 , n + emitter areas 1121 and 1122 , Emitter electrodes 1131 and 1132 , Gate insulating layers 1141 and 1142 and gate electrodes 1151 and 1152 ,

Im Folgenden wird der Betrieb des bidirektionalen lateralen Transistors mit isoliertem Gate (bidirectional transverse insulated-gate transistor) aus 12 beschrieben.Hereinafter, the operation of the bidirectional lateral insulated gate transistor will be described 12 described.

Die zwei p+-Wannenbereiche 1111 und 1112 sind in der Halbleiterschicht 1100 vom n-Typ ausgebildet. In den p+-Wannenbereichen 1111 und 1112 sind entsprechende n+-Emitterbereiche 1121 und 1222 ausgebildet.The two p + well areas 1111 and 1112 are in the semiconductor layer 1100 formed of n-type. In the p + tub areas 1111 and 1112 are corresponding n + emitter regions 1121 and 1222 educated.

Die p+-Wannenbereiche 1111 und 1112 sind in der Oberfläche der Halbleiterschicht 1100 des n-Typs ausgebildet und weisen eine vorbestimmte Distanz zwischen ihnen auf, um eine gewünschte Durchbruchspannung aufrechtzuerhalten.The p + tub areas 1111 and 1112 are in the surface of the semiconductor layer 1100 formed of the n-type and have a predetermined distance between them in order to maintain a desired breakdown voltage.

Die Gate-Elektrode 1151 ist über einer Grenze zwischen dem p+-Wannenbereich 1111 und dem n+-Emitterbereich 1121 über einer Gate-Isolierschicht 1141 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 1152 ist über einer Grenze zwischen dem p+-Wannenbereich 1112 und dem n+-Emitterbereich 1122 über der Gate-Isolierschicht 1242 ausgebildet.The gate electrode 1151 is over a boundary between the p + well region 1111 and the n + emitter region 1121 over a gate insulating layer 1141 educated. The gate electrode 1152 is over a boundary between the p + well region 1112 and the n + emitter region 1122 over the gate insulating layer 1242 educated.

Die Emitter-Elektrode 1131 ist über dem p+-Wannenbereich 1111 und den n+-Emitterbereich 1121 ausgebildet und die Emitter-Elektrode 1132 ist über dem p+-Wannenbereich 1112 und dem n+-Emitterbereich 1122 ausgebildet.The emitter electrode 1131 is above the p + tub area 1111 and the n + emitter region 1121 formed and the emitter electrode 1132 is above the p + tub area 1112 and the n + emitter region 1122 educated.

Bei diesem bidirektionalen Einzel-Element kann ein Strom, der zwischen den Emitter-Elektroden in beide Richtungen fließt, gesteuert werden, und zwar durch Steuern der Spannung, die bei an den Gate-Elektroden 1151 und 1152 anliegt.In this bidirectional single element, a current flowing between the emitter electrodes in both directions can be controlled by controlling the voltage at the gate electrodes 1151 and 1152 is applied.

Da das bidirektionale Element bei der vorliegenden Ausführungsform aus einem bidirektionalen Einzel-Element besteht, kann die Anzahl der Elemente, die den bidirektionalen Schalter zusammensetzt, reduziert werden, so dass eine Implementierung mit geringer Größe resultiert.Since the bidirectional element in the present embodiment consists of a bidirectional single element, the number of elements composing the bidirectional switch can be reduced, thus resulting in a small size implementation.

Wie oben beschrieben, ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine Implementierung mit geringer Größe, während Rauschen reduziert wird und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.As described above, the present embodiment enables a small size implementation while reducing noise and preventing a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform den Schalter, der aus einem bidirektionalen Einzel-Element besteht, als eine spezifische Konfiguration des bidirektionalen Schalters gemäß Ausführungsform 1 beschreibt, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. So kann ein bidirektionaler Schalter, der eine derartige Konfiguration aufweist, gleichermaßen für die Konfiguration gemäß jeder anderen Ausführungsform verwendet werden.Although the present embodiment describes the switch composed of a bi-directional single element as a specific configuration of the bidirectional switch according to Embodiment 1, the invention is not limited thereto. Thus, a bidirectional switch having such a configuration can be equally used for the configuration according to any other embodiment.

Ausführungsform 11Embodiment 11

13 ist ein Schaltungsdiagramm eines Leistungswandlers 12 gemäß Ausführungsform 11. 13 is a circuit diagram of a power converter 12 according to embodiment 11.

Wie in 13 dargestellt, weist der Leistungswandler 12 eine Gleichtakt-Drosselspule 1200, einen Diodengleichrichter 1210, einen Glättungskondensator 1220, einen Wechselrichter 1230, eine Umgehungsschaltung 1275, einen Detektor 1280 und eine Steuerung 1290 auf.As in 13 shown, the power converter points 12 a common mode choke coil 1200 , a diode rectifier 1210 , a smoothing capacitor 1220 , an inverter 1230 , a bypass circuit 1275 , a detector 1280 and a controller 1290 on.

Die Umgehungsschaltung 1250 weist einen bidirektionalen Schalter 1260 und eine Y-Kondensator-Einheit 1270 auf. Die Y-Kondensator-Einheit 1270 weist Y-Kondensatoren 1271, 1272 und 1273 auf, die unterschiedliche Frequenzcharakteristika aufweisen und parallel geschaltet sind. Die Steuerung 1290 weist einen Komparator 1292 und eine Steuereinrichtung 1293 auf. The bypass circuit 1250 has a bidirectional switch 1260 and a Y-capacitor unit 1270 on. The Y-capacitor unit 1270 has Y capacitors 1271 . 1272 and 1273 which have different frequency characteristics and are connected in parallel. The control 1290 has a comparator 1292 and a controller 1293 on.

Die Gleichtakt-Drosselspule 1200 ist in einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung zwischen dem Diodengleichrichter 1210 und einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1200 angeordnet.The common mode choke coil 1200 is in a three-phase AC supply line between the diode rectifier 1210 and a three-phase AC power supply 1200 arranged.

Der Diodengleichrichter 1210 richtet eine Wechselspannung gleich, die von der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1200 mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, und zwar zu einer Gleichspannung, und gibt die Gleichspannung an die Gleichspannungs-Busen ML1 und M2 aus.The diode rectifier 1210 rectifies an AC voltage equal to that of the three-phase AC supply 1200 is output with a neutral point, to a DC voltage, and outputs the DC voltage to the DC buses ML1 and M2.

Der Glättungskondensator 1220 glättet die Gleichspannung, die durch den Diodengleichrichter 1210 gleichgerichtet worden ist.The smoothing capacitor 1220 smoothes the DC voltage passing through the diode rectifier 1210 has been rectified.

Der Wechselrichter 1230 wandelt die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator 1220 geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung um, so dass der Elektromotor 1240 angetrieben wird. The inverter 1230 converts the DC voltage through the smoothing capacitor 1220 has been smoothed, in a desired AC voltage, so that the electric motor 1240 is driven.

Der bidirektionale Schalter 1260 und die Y-Kondensator-Einheit 1270 sind zwischen einem Ende des Glättungskondensators 1220 und der Erde in Reihe geschaltet. Die Y-Kondensator-Einheit 1270 reduziert das Rauschen, das durch Schalten eines Schaltelements des Wechselrichters 1230 verursacht wird. The bidirectional switch 1260 and the Y-capacitor unit 1270 are between one end of the smoothing capacitor 1220 and the earth connected in series. The Y-capacitor unit 1270 reduces the noise caused by switching a switching element of the inverter 1230 is caused.

Die Y-Kondensator-Einheit 1270 weist einen Y-Kondensator 1271, einen Y-Kondensator 1272 und einen Y-Kondensator 1273 auf.The Y-capacitor unit 1270 has a Y-capacitor 1271 , a Y capacitor 1272 and a Y-capacitor 1273 on.

Im Folgenden wird angenommen, dass die Kapazitätskomponenten der Y-Kondensatoren 1271, 1272 und 1273 c1, c2 und c3 und die Induktivitätskomponenten hiervon l1, l2 und l3 sind und das c3 ≥ c2 ≥ c1 und l3 > l2 > l1 gilt.In the following it is assumed that the capacitance components of the Y capacitors 1271 . 1272 and 1273 c1, c2 and c3 and the inductance components thereof are l1, l2 and l3 and c3 ≥ c2 ≥ c1 and l3>l2> l1.

Ein niederfrequentes Rauschen breitet sich durch den Y-Kondensator 1271 aus, ein mittelfrequentes Rauschen breitet sich durch den Y-Kondensator 1272 aus und ein hochfrequentes Rauschen breitet sich durch den Y-Kondensator 1273 aus. A low frequency noise propagates through the Y capacitor 1271 off, a medium frequency noise propagates through the Y-capacitor 1272 off and a high-frequency noise propagates through the Y-capacitor 1273 out.

Der Detektor 1280 detektiert eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators 1220.The detector 1280 detects a voltage across both ends of the smoothing capacitor 1220 ,

Die Steuerung 1290 steuert den bidirektionalen Schalter 1016 als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors 1280 an.The control 1290 controls the bidirectional switch 1016 in response to an output of the detector 1280 at.

Die Steuerung 1290 bringt den bidirektionalen Schalter 1260 in den leitfähigen Zustand, wenn der Ausgangswert des Detektors 1280 höher ist als der erste Grenzwert. Der Komparator 1292 vergleicht die Spannung, die durch den Detektor 1280 detektiert wird, mit dem ersten Grenzwert. Die Steuereinrichtung 1293 steuert den Ein-/Aus-Zustand des bidirektionalen Schalters 1260 basierend auf dem Vergleichsresultat des Komparators 1292.The control 1290 brings the bidirectional switch 1260 in the conductive state when the output value of the detector 1280 is higher than the first limit. The comparator 1292 compares the voltage passing through the detector 1280 is detected, with the first limit. The control device 1293 controls the on / off state of the bidirectional switch 1260 based on the comparison result of the comparator 1292 ,

Im Folgenden wird der Betrieb des Leistungswandlers 12 aus 13 beschrieben. Die Dreiphasen-Gleichspannung über der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung 1200 mit Sternpunkterdung wird durch den Diodengleichrichter 1210 gleichgerichtet und dann durch den Glättungskondensator 1220 in eine Gleichspannung umgewandelt. Die Gleichspannung wird mittels bekannter PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 1230 in eine gewünschte Wechselspannung umgewandelt, so dass der Elektromotor 1240 durch die Wechselspannung angetrieben wird.The following is the operation of the power converter 12 out 13 described. The three-phase DC voltage across the three-phase AC power supply 1200 with star point grounding is through the diode rectifier 1210 rectified and then through the smoothing capacitor 1220 converted into a DC voltage. The DC voltage is by means of known PWM control by the inverter 1230 converted into a desired AC voltage, so that the electric motor 1240 is driven by the AC voltage.

Eine Streukapazität 1250 existiert zwischen dem Elektromotor 1240 und der Erde. Wenn der Wechselrichter 1230 durch die PWM-Steuerung angesteuert wird, werden durch den Schaltvorgang eines Leistungswandlungs-Halbleiterelements des Wechselrichters 1230 Spannungsschwankungen an der Streukapazität 1250 angelegt, so dass ein Gleichtakt-Strom erzeugt wird. A stray capacity 1250 exists between the electric motor 1240 and the earth. If the inverter 1230 is controlled by the PWM control, by the switching operation of a power conversion semiconductor element of the inverter 1230 Voltage fluctuations at the stray capacitance 1250 applied, so that a common mode current is generated.

Dieser Gleichtakt-Strom breitet sich in Richtung der Wechselspannungsversorgung durch einen Pfad über Masse aus.This common mode current propagates toward the AC supply through a path above ground.

Der Detektor 1280 detektiert die Spannung über dem Glättungskondensator und gibt den detektierten Spannungswert 1291 an die Steuerung 1290 aus.The detector 1280 detects the voltage across the smoothing capacitor and outputs the detected voltage value 1291 to the controller 1290 out.

Der detektierte Spannungswert 1291 wird mit dem ersten Grenzwert durch den Komparator 1292 verglichen und der bidirektionale Schalter 1260 wird in den leitfähigen Zustand gebracht, und zwar unter der Bedingung, dass der Spannungswert 1291 höher ist als der erste Grenzwert.The detected voltage value 1291 is at the first limit by the comparator 1292 compared and the bidirectional switch 1260 is brought into the conductive state, under the condition that the voltage value 1291 is higher than the first limit.

Wenn der bidirektionale Schalter 1260 in den leitfähigen Zustand gebracht wird, wird veranlasst, dass der Gleichtakt-Strom durch die Y-Kondensator-Einheit 1270 zirkuliert, so dass ein geringeres Rauschen resultiert.If the bidirectional switch 1260 is brought into the conductive state, the common mode current is caused to flow through the Y capacitor unit 1270 circulates, resulting in less noise.

Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die Y-Kondensatoren 1271, 1272 und 1273, die die Y-Kondensator-Einheit 1270 zusammensetzen, unterschiedliche Frequenzcharakteristika. Die Frequenzcharakteristika des Y-Kondensators werden durch eine Reihenschaltung einer Kapazitätskomponente und einer Induktivitätskomponente dargestellt. Mit anderen Worten ist die Kapazitätskomponente in einem niederfrequenten Bereich dominant, die Induktivitätskomponente in einem hochfrequenten Bereich dominant und die Y-Kondensatoren fungieren nicht als Ausbreitungspfad des Rauschens in dem hochfrequenten Bereich. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Y-Kondensatoren, die unterschiedliche Frequenzcharakteristika aufweisen, in einer Parallelschaltung verwendet werden, weisen die Y-Kondensatoren Kapazitätskomponenten in einem breiten Bereich auf, und zwar von niedrigen Frequenzen bis hohen Frequenzen, und fungieren als Ausbreitungspfad des Rauschens. Wenn ferner die Y-Kondensatoren 1271, 1272 und 1273 die gleichen Frequenzcharakteristika aufweisen, erhöht das Parallelschalten dieser Kondensatoren die Kapazität einer Kondensatorkapazität und reduziert eine innere Induktivität, so dass die Y-Kondensatoren als Ausbreitungspfad des Rauschens fungieren bzw. dienen. In the present embodiment, the Y capacitors 1271 . 1272 and 1273 containing the Y capacitor unit 1270 composite, different frequency characteristics. The frequency characteristics of the Y capacitor are represented by a series connection of a capacitance component and an inductance component. In other words, the capacitance component is dominant in a low-frequency region, the inductance component in a high-frequency region is dominant, and the Y capacitors do not function as a propagation path of the noise in the high-frequency region. In the present embodiment, since the Y capacitors having different frequency characteristics are used in parallel, the Y capacitors have capacitance components in a wide range, from low frequencies to high frequencies, and function as a noise propagation path. Further, when the Y capacitors 1271 . 1272 and 1273 have the same frequency characteristics, the parallel connection of these capacitors increases the capacitance of a capacitor capacitance and reduces an internal inductance, so that the Y capacitors function as a propagation path of the noise.

Da der bidirektionale Schalter 1260 unter der Bedingung in den Ein-Zustand übergeht, dass der Spannungswert 1291 höher ist als der erste Grenzwert, was der Fall ist, wenn der Glättungskondensator 1220 ausreichend geladen ist und die Spannungsschwankungen der Wechselspannungsfrequenz, die sich auf den Gleichspannungs-Busen ML1 und ML2 überlagern, ebenfalls reduziert werden, kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Leckstrom, der von den Y-Kondensatoren 1271 bis 1273 erzeugt wird, behoben oder reduziert werden, so dass eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert wird.Because the bidirectional switch 1260 under the condition in the on state transitions that the voltage value 1291 is higher than the first limit, which is the case when the smoothing capacitor 1220 is sufficiently charged and the voltage fluctuations of the AC frequency, which are superimposed on the DC buses ML1 and ML2, are also reduced, in the present embodiment, the leakage current from the Y capacitors 1271 to 1273 is generated, corrected or reduced, so that a malfunction of the residual current circuit breaker is prevented.

Wie oben beschrieben, schafft die vorliegende Ausführungsform einen Leistungswandler, der ein geringeres Rauschen aufweist und eine Fehlfunktion des Fehlerstromschutzschalters verhindert.As described above, the present embodiment provides a power converter that has less noise and prevents a malfunction of the residual current circuit breaker.

Obwohl die vorliegende Ausführungsform die Konfiguration so beschreibt, dass der Y-Kondensator der Ausführungsform 1 mit einer Vielzahl von parallelgeschalteten Y-Kondensatoren ausgetauscht wird, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die oben beschriebene Vielzahl von parallelgeschalteten Y-Kondensatoren kann ferner gleichermaßen bei den Konfigurationen gemäß jeder der anderen Ausführungsformen verwendet werden.Although the present embodiment describes the configuration such that the Y-capacitor of Embodiment 1 is exchanged with a plurality of Y-type capacitors connected in parallel, the present invention is not limited thereto. Further, the above-described plurality of Y-type capacitors connected in parallel may equally be used in the configurations according to each of the other embodiments.

Es sei angemerkt, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung aufgefasst werden sollen. Es ist daher vorgesehen, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht lediglich durch die oben beschriebenen Ausführungsformen sondern durch die Ansprüche definiert ist und sämtliche Modifikationen und Variationen umfasst, die in Bedeutung und Umfang den Ansprüchen gleichen.It should be understood that the embodiments described herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. It is therefore intended that the scope of the present invention should be defined not only by the above-described embodiments but by the claims, and encompass all modifications and variations commensurate with the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1–7, 9, 10, 121-7, 9, 10, 12
Leistungswandler; Power converters;
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 900, 1000, 1200 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 900, 1000, 1200
Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung;Three-phase AC power supply;
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 910, 1010, 1210110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 910, 1010, 1210
Diodengleichrichter; Diode rectifier;
120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 920, 1020, 1220, 6020120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 920, 1020, 1220, 6020
Glättungskondensator; Smoothing capacitor;
130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 930, 1030, 1230130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 930, 1030, 1230
Wechselrichter;  Inverters;
140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 940, 1040, 1240140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 940, 1040, 1240
Elektromotor; Electric motor;
150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 950, 1050, 1250150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 950, 1050, 1250
bidirektionaler Schalter;  bidirectional switch;
160, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 960, 1060, 1260160, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 960, 1060, 1260
bidirektionaler Schalter;  bidirectional switch;
170, 270, 370, 470, 570, 670, 770, 970, 1070, 1271, 1272, 1273170, 270, 370, 470, 570, 670, 770, 970, 1070, 1271, 1272, 1273
Y-Kondensator;  Y-capacitor;
175, 275, 375, 475, 575, 675, 775, 975, 1075, 1275175, 275, 375, 475, 575, 675, 775, 975, 1075, 1275
Umgehungsschalter;  Bypass switch;
180, 280, 380, 480, 580, 680, 780, 980, 1080, 1280180, 280, 380, 480, 580, 680, 780, 980, 1080, 1280
Detektor;  Detector;
192, 295, 392, 495, 692, 792, 992, 1092, 1292192, 295, 392, 495, 692, 792, 992, 1092, 1292
Komparator;  comparator;
193, 296, 393, 496, 596, 693, 793, 993, 1093, 1293193, 296, 393, 496, 596, 693, 793, 993, 1093, 1293
Steuereinrichtung;  Control means;
292, 492, 592292, 492, 592
Recheneinrichtung (Filter);  Computing device (filter);
293, 493, 593293, 493, 593
Recheneinrichtung (Absolutwert);  Calculating means (absolute value);
294, 494, 594294, 494, 594
Recheneinrichtung (Spitzenwert); Calculating means (peak value);
595595
Datentabelle;  Data table;
561, 562561, 562
IGBT;  IGBT;
563, 564563, 564
Diode;  Diode;
60006000
Zerhacker;  Chopper;
12701270
Y-Kondensator-Bereich;  Y-capacitor region;
6001, 60026001, 6002
Leistungswandlungs-Halbleiterelement;  Power conversion semiconductor element;
60106010
Drosselspule;  Inductor;
7000, 9000, 10000, 120007000, 9000, 10000, 12000
Gleichtakt-Drosselspule;  Common mode choke coil;
801801
Magnetfeld bei Gleichtakt-Drosselspule; Magnetic field at common mode choke coil;
810810
R-Phase der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung; R phase of the three-phase AC power supply line;
811811
Streumagnetfeld der R-Phase;  Stray magnetic field of the R-phase;
820820
S-Phase der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung S phase of the three-phase AC power line
821821
Streumagnetfeld der S-Phase; Stray magnetic field of the S-phase;
830830
T-Phase der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgungsleitung; T-phase of the three-phase AC power supply line;
831831
Streumagnetfeld der T-Phase;  Stray magnetic field of T-phase;
1791, 17921791, 1792
in Gegenrichtung blockierender IGBT;  reverse blocking IGBT;
10611061
P-Kanal MOSFET;  P-channel MOSFET;
10621062
N-Kanal MOSFET;  N-channel MOSFET;
11001100
Halbleiter des n-Typs;  N-type semiconductor;
1111, 11121111, 1112
p+-Wannenbereich;  p + well region;
1121, 11221121, 1122
n+-Emitterbereich;  n + emitter region;
1131, 11321131, 1132
Emitter-Elektrode;  Emitter electrode;
1141, 11421141, 1142
Gate-Isolierschicht;  Gate insulating film;
1151, 11521151, 1152
Gate-Elektrode;  Gate electrode;
C1C1
Gleichtakt-Strom;  Common mode current;
ML1, ML2ML1, ML2
Gleichspannungs-Bus. DC bus.

Claims (15)

Leistungswandler, der Folgendes aufweist: – eine Gleichrichterschaltung (210), die dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, zu einer Gleichspannung gleichzurichten, und die Gleichspannung an einen Gleichspannungs-Bus auszugeben; – einen Glättungskondensator (220), der dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung zu glätten, die von der Gleichrichterschaltung (210) gleichgerichtet worden ist; – eine Umsetzschaltung (230), die dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung, die durch den Glättungskondensator (220) geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung umzuwandeln; – einen bidirektionaler Schalter (260) und mindestens ein Y-Kondensator (270), die zwischen einem Ende des Glättungskondensators (220) und der Erde in Reihe geschaltet sind; – einen Detektor (280), der dazu ausgebildet ist, eine Spannung über beide Enden des Glättungskondensators (220) zu detektieren; und – eine Steuerung (290), die dazu ausgebildet ist, den bidirektionalen Schalter (260) als Reaktion auf ein Ausgangssignal des Detektors (280) anzusteuern, wobei die Steuerung (290) den bidirektionalen Schalter (260) in einen leitfähigen Zustand bringt, wenn ein Ausgangswert des Detektors (280) höher ist als ein erster Grenzwert oder wenn mindestens einer von einem Spitzenwert oder einem Durchschnittswert eines Absolutwertes einer Schwankungskomponente des Ausgangswertes des Detektors (280) geringer ist als ein zweiter Grenzwert. Power converter having A rectifier circuit ( 210 ) configured to rectify an AC voltage output from a three-phase AC power supply to a DC voltage and output the DC voltage to a DC bus; A smoothing capacitor ( 220 ) which is adapted to smooth the DC voltage supplied by the rectifier circuit ( 210 ) has been rectified; A conversion circuit ( 230 ), which is adapted to the DC voltage passing through the smoothing capacitor ( 220 ) has been smoothed to convert to a desired AC voltage; A bidirectional switch ( 260 ) and at least one Y-capacitor ( 270 ) between one end of the smoothing capacitor ( 220 ) and the earth are connected in series; A detector ( 280 ) which is adapted to apply a voltage across both ends of the smoothing capacitor ( 220 ) to detect; and a controller ( 290 ), which is adapted to the bidirectional switch ( 260 ) in response to an output signal of the detector ( 280 ), whereby the controller ( 290 ) the bidirectional switch ( 260 ) brings into a conductive state, when an output value of the detector ( 280 ) is higher than a first limit value or if at least one of a peak value or an average value of an absolute value of a fluctuation component of the output value of the detector ( 280 ) is less than a second threshold. Leistungswandler, der Folgendes aufweist: – eine Gleichrichterschaltung (310), die dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung, die von einer Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung mit Sternpunkterdung ausgegeben wird, zu einer Gleichspannung gleichzurichten, und die Gleichspannung an einen Gleichspannungs-Bus auszugeben; – einen Glättungskondensator (320), der dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung zu glätten, die von der Gleichrichterschaltung (310) gleichgerichtet worden ist; – eine Umsetzungsschaltung (330), die dazu ausgebildet ist, die Gleichspannung, die von dem Glättungskondensator (320) geglättet worden ist, in eine gewünschte Wechselspannung umzuwandeln; – einen bidirektionalen Schalter (360) und mindestens einen Y-Kondensator (370), die zwischen einem Ende des Glättungskondensators (320) und der Erde in Reihe geschaltet sind; – einen Detektor (380), der dazu ausgebildet ist, einen Strom zu detektieren, der durch den Glättungskondensator (320) fließt; und – eine Steuerung (390), die dazu ausgebildet ist, den bidirektionalen Schalter (360) gemäß dem Ausgangswert des Detektors (380) anzusteuern.A power converter, comprising: - a rectifier circuit ( 310 ) configured to rectify an AC voltage output from a three-phase AC power supply to a DC voltage and output the DC voltage to a DC bus; A smoothing capacitor ( 320 ) which is adapted to smooth the DC voltage supplied by the rectifier circuit ( 310 ) has been rectified; A conversion circuit ( 330 ), which is adapted to the DC voltage supplied by the smoothing capacitor ( 320 ) has been smoothed to convert to a desired AC voltage; A bidirectional switch ( 360 ) and at least one Y-capacitor ( 370 ) between one end of the smoothing capacitor ( 320 ) and the earth are connected in series; A detector ( 380 ) which is adapted to detect a current passing through the smoothing capacitor ( 320 ) flows; and a controller ( 390 ), which is adapted to the bidirectional switch ( 360 ) according to the initial value of the detector ( 380 ) head for. Leistungswandler gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerung den bidirektionalen Schalter in einen leitfähigen Zustand bringt, wenn der Ausgangswert des Detektors kleiner ist als ein dritter Grenzwert.The power converter according to claim 2, wherein the controller brings the bidirectional switch into a conductive state when the output value of the detector is smaller than a third limit value. Leistungswandler gemäß Anspruch 3, wobei die Steuerung den bidirektionalen Schalter in den leitfähigen Zustand bringt, wenn mindestens einer von einem Spitzenwert oder einem Durchschnittswert eines Absolutwerts einer Schwankungskomponente des Ausgangswertes des Detektors geringer ist als ein vierter Grenzwert. The power converter according to claim 3, wherein the controller brings the bidirectional switch into the conductive state when at least one of a peak value or an average value of an absolute value of a fluctuation component of the output value of the detector is less than a fourth limit value. Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung einen Widerstandswert des bidirektionalen Schalters steuert, und zwar gemäß dem Ausgangswert des Detektors.A power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the controller controls a resistance value of the bidirectional switch according to the output value of the detector. Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der bidirektionale Schalter einen bidirektionalen Halbleiterschalter (560) aufweist. Power converter according to one of claims 1 to 5, wherein the bidirectional switch comprises a bidirectional semiconductor switch ( 560 ) having. Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner eine Zerhackerschaltung (6000) zwischen dem Glättungskondensator und der Umsetzungsschaltung aufweist.Power converter according to one of claims 1 to 6, further comprising a chopper circuit ( 6000 ) between the smoothing capacitor and the conversion circuit. Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner eine Gleichtakt-Drosselspule (7000) zwischen der Dreiphasen-Wechselspannungsversorgung und der Gleichrichterschaltung aufweist. Power converter according to one of claims 1 to 7, further comprising a common-mode choke coil ( 7000 ) between the three-phase AC power supply and the rectifier circuit. Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei der bidirektionale Halbleiterschalter IGBTs (561, 562) aufweist, die antiparallel geschaltet sindPower converter according to claim 6, wherein the bidirectional semiconductor switch IGBTs ( 561 . 562 ), which are connected in anti-parallel Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei der bidirektionale Halbleiterschalter in Gegenrichtung blockierende IGBTs (1791, 1792) aufweist, die antiparallel geschaltet sind.A power converter according to claim 6, wherein said bidirectional semiconductor switch comprises reverse blocking IGBTs ( 1791 . 1792 ), which are connected in anti-parallel. Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei der bidirektionale Halbleiterschalter einen P-Kanal-MOSFET (1061) und einen N-Kanal-MOSFET (1062) aufweist, die in einer inversen Reihenschaltung geschaltet sind.A power converter according to claim 6, wherein the bidirectional semiconductor switch comprises a P-channel MOSFET ( 1061 ) and an N-channel MOSFET ( 1062 ), which are connected in an inverse series connection. Leistungswandler gemäß Anspruch 11, wobei der P-Kanal-MOSFET mit dem Gleichspannungs-Bus verbunden ist.The power converter of claim 11, wherein the P-channel MOSFET is connected to the DC bus. Leistungswandler gemäß Anspruch 6, wobei der bidirektionale-Halbleiterschalter ein bidirektionales Element aufweist.A power converter according to claim 6, wherein the bidirectional semiconductor switch comprises a bidirectional element. Leistungswandler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der mindestens eine Y-Kondensator eine Vielzahl von Y-Kondensatoren aufweist, und wobei die Vielzahl von Y-Kondensatoren parallel geschaltet sind.A power converter according to any one of claims 1 to 13, wherein said at least one Y capacitor has a plurality of Y capacitors, and wherein the plurality of Y capacitors are connected in parallel. Leistungswandler gemäß Anspruch 14, wobei der mindestens eine Y-Kondensator eine Vielzahl von Y-Kondensatoren aufweist, wobei die Vielzahl von Y-Kondensatoren sich voneinander in Frequenzcharakteristika unterscheiden und parallel geschaltet sind.The power converter according to claim 14, wherein the at least one Y-capacitor comprises a plurality of Y-capacitors, wherein the plurality of Y-capacitors differ from one another in frequency characteristics and are connected in parallel.
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